紫坪鋪水力發電廠大軸中心補氣閥改造

陳世程　方戊強

摘要：本文詳細論述了紫坪鋪水力發電廠當前所使用大軸補氣閥的形式，在運行過程中暴露的各種缺陷，以及大軸中心補氣閥技改的必要性和重要意義。

關鍵詞：補氣閥；振動；渦帶

概述

紫坪鋪水力發電廠設計規模為760MW，單機容量190MW，水頭變幅為68.4m～132.76m，在系統中的主要作用是調峰、調頻、承擔事故備用。機組大軸中心補氣閥采用東方電機廠的Φ430平板橡膠密封補氣閥。當機組在非最優工況區運行時，轉輪下方形成旋轉渦帶，尾水管內的水流脈動加劇，真空度增加，導致機組的振擺增加。此時補氣閥在大氣壓的作用下，克服閥體彈簧力開啟，給轉輪室下方的真空區進行補氣，防止尾水管渦帶產生及劇烈變化。補氣閥下方設有浮筒，當緊急停機或其他情況導致有反水現象時，浮力將浮筒升起后與補氣閥閥盤緊閉，防止轉輪室的水通過大軸中心孔流出，發生事故。

1.補氣閥改造的必要性

電廠原裝補氣閥為平板橡膠密封，當閥軸軸套磨損，彈簧軸發生偏移時，密封面中心發生位移，出現動作后不能可靠復位；同時由于補氣閥是隨大軸一起運行，而當補氣閥動作復歸期間，因為閥軸與大軸運行的不同步，造成密封面以及補氣閥閥盤間旋轉摩擦，磨損特別嚴重，同時，在補氣閥動作復歸的過程中，活塞盤與閥盤猛烈撞擊，也加劇了補氣閥零部件的損壞。紫坪鋪電廠運行水頭變幅達到了64.36米，運行工況惡劣，且運行已近10年，該補氣閥也暴露出諸多問題：工作時嘯叫聲大、閥軸磨損嚴重、軸套磨損脫落、閥盤橡膠密封環磨損脫落、閥軸彈簧壓蓋的鎖緊螺母脫落等。因為以上原因，對補氣閥的檢查、零部件的更換已經成了檢修例行工作，增加了維護工作量，對機組過流部件汽蝕起不到好的預防效果，有必要對其進行改造。

歷年發生的較嚴重補氣閥缺陷如下：

1.1 2007年4月3日，在4#機組大修過程中，將閥罩拆除檢查，發現補氣閥中彈簧壓蓋、鎖緊螺母均脫落，補氣閥處于常開狀態；

1.2 2007年6月27日，2#機組運行過程中，補氣聲音異常，檢修發現補氣閥因閥體彈簧壓蓋、鎖緊螺母等脫落而處于全開狀態；

1.3 2007年8月11日，3#機組運行過程中，補氣聲音異常，檢查發現補氣閥的薄螺母脫落、閥軸磨損嚴重，軸套已磨壞，補氣閥整體損壞較為嚴重；

1.4 2011年2月，1#機組檢修中發現補氣閥彈簧斷裂；2#機組檢修中發現補氣閥的軸套和閥軸磨損嚴重。

2.改造方案

當前在水電機組應用較為廣泛的補氣閥有，平板橡膠密封補氣閥、浮球式補氣閥、油緩沖補氣閥、氣緩沖補氣閥等。其中：

2.1浮球式補氣閥。

優點：結構簡單，價格低廉。缺點：無緩沖裝置，抗水錘能力差，閥口密封效果不好，浮球在彈簧力的作用下長時間劇烈撞擊破壞閥口密封，甚至閥軸斷裂、浮球變形、彈簧損壞，更不能進行合力補氣起到預期的破壞汽蝕、減少裂紋的作用。

2.2油緩沖補氣閥.

優點：具備一定的緩沖功能，可解決補氣閥關閉時的部分振動和噪音問題。缺點：會有同軸度較差、補氣阻力大、非優工況有金屬異響等問題。同時可能發生緩沖油泄漏造成機組運行環境污染，增加維護工作量。

2.3氣緩沖補氣閥。

以XBF系列空氣壓縮緩沖補氣閥為例。

優點：該補氣閥采用快補、速回，到位緩慢關閉的國家專利技術，以空氣作為緩沖介質，在緩沖活塞上裝有緩沖逆止閥，當真空度達到補氣閥設定值時補氣閥打開，補氣過程中緩沖逆止閥也打開，消除補氣阻力，達到快速補氣的目的。補氣閥關閉發彈時，緩沖逆止閥關閉，被密封的空氣起到緩沖作用后迅速釋放，閥體在彈簧力的作用下關閉，達到快補、速回，到位緩慢關閉的技術要求。另外閥體采用自潤滑防泥沙密封軸套，閥口密封效果較好。通可有效破壞氣蝕，減少氣蝕面積和轉輪裂紋數量，降低相應的機組振動擺度。同時該閥門采用了萬向連接器，閥桿和活塞的同軸度好，可避免閥體出現卡塞等現象。缺點：價格偏高。

3.結論

綜合上述幾種補氣閥優缺點對比，可選用XBF氣緩沖補氣閥作為紫坪鋪電廠機組大軸補氣閥技改補氣閥。該補氣閥目前在國內水電站應用廣泛，包括三峽水電站，向家壩水電站，云峰水電站等，其中三峽水電站于2007年3月在首臺機組（14F）上進行了大軸補氣閥改造，將原有ALSTOM的補氣閥（該補氣閥采用液壓油作為緩沖介質）改造成了XBF氣緩沖補氣閥。三峽水電站原設計安裝的ALSTOM大軸補氣閥在運行以及檢修中出現和發現的現象均與紫坪鋪電廠現大軸補氣閥較為相似。三峽水電站于2008年～2009年的年度機組大修中將改造后的機組大軸補氣閥吊出檢修，閥體各部件均未發現有明顯損壞；同時三峽水電站還針對補氣閥的補氣量做了監測，監測結果顯示改造效果較為明顯。

參考文獻：

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