自由浮球式補氣閥在彭水水電站的應用

伏虹潤

（重慶大唐國際彭水水電開發有限公司設備部，重慶 409600）

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自由浮球式補氣閥在彭水水電站的應用

伏虹潤

（重慶大唐國際彭水水電開發有限公司設備部，重慶 409600）

鑒于彭水水電站機組補氣閥投入運行后多次出現漏水等缺陷，對補氣閥漏水原因進行了分析，結構進行了改造。改造后徹底解決了原補氣閥漏水等重要缺陷且運行穩定、可靠，滿足機組安全運行的要求。

水輪機；自由浮球；補氣閥；應用

0 概述

彭水水電站位于烏江干流下游，安裝5臺350MW的大型混流式水輪發電機組。為減少水流對水輪機的氣蝕破壞和改善機組振動情況，在發電機頂部設置有帶液壓緩沖的彈簧式補氣閥（見圖1），進行自然補氣。當機組因在非最優工況運行使得尾水管產生真空而形成水流渦帶時，補氣閥在大氣壓的作用下，克服彈簧彈力開啟，給轉輪下方真空區進行補氣，破壞真空，增加水流彈性，保證機組的穩定運行。補氣閥下方設有浮筒,當有反水現象時，浮筒在浮力及彈簧彈力的共同作用下保證補氣閥閥盤緊閉，防止漏水。

圖1 彈簧式補氣閥

1 運行情況介紹

彭水水電站5臺水輪發電機組于2008年先后投入運行。投產后，補氣閥運行情況一直不甚理想。在設備定期檢查過程中先后發現補氣閥閥桿螺帽鎖定片脫落、損壞，鎖定螺母松動；補氣閥限位螺桿斷裂、螺桿螺母松脫；補氣閥發卡及聲音異常；補氣閥的浮筒被撞癟等缺陷。2009年汛期更是出現補氣閥閥桿斷裂，造成尾水上涌，水導軸承進水的重大缺陷。

2 運行缺陷原因分析

①原補氣閥移動部件與固定部件之間間隙較小且同心度難以保證，經常有發卡現象發生，致使閥體關閉緩慢或關閉不嚴；②彈簧式補氣閥的開啟必須在局部產生壓力降，補氣過程會在局部產生高流速，這樣容易產生噪聲；③本站彈簧是補氣閥閥移動部件重量約200kg，如此重量的部件不斷撞擊轉動部件，容易造成閥桿疲勞斷裂及密封失效。

3 自由浮球式補氣閥工作原理及特點

為了保證機組的安全運行，在原有設備不做大改動的前提下，增設了自由浮球裝置（見圖2）。由此組成彈簧式補氣閥和自由浮球式補氣閥的雙重結構。自由浮球式補氣閥由殼體、浮球、緩沖墊、支架、法蘭等部件組成。工作原理為：機組正常運行時，浮球在自重作用下，位于止動墊上，使浮球閥處于常開狀態，從而保證向中心孔補充的空氣能以最小的阻力進入。在中心補氣孔水位上升后，不銹鋼空心浮球在浮力作用下，向上浮起。由于浮球密度低于水，在水位到達上出水口之前，浮球已經能將出水口密封，從而避免尾水逸出。

圖2 自由浮球式補氣閥

自由浮球式補氣閥具有如下特點：

（1）移動部件質量輕，開關速度快。從材料力學的角度來看，在一定的壓力，通徑條件下，球形浮子具有最小的質量，同時由于自由浮球上升阻力小，所以在浮球閥開啟關閉過程中，開關速度快。

（2）動作可靠。浮球閥的移動部件為浮球，與靜止部件間有數十毫米間隙，即使河水中泥砂進入相對移動部件中，也不影響動作可靠性，在上 升過程中與靜止部件無接觸，或是滾動摩擦，摩擦力很小。

（3）防止反水效果更好。由于浮球密封為線密封，同時，由于自由浮球的自動定心能力，浮球表面與密封圏表面能充分貼合，所以只需很小的預壓力即可實現密封，同時由于浮球上升速度快，能及時密封，防止反水能力強。

（4）浮球閥補氣量充足，通道穩定，無振蕩。浮球閥在補氣過程中為常開狀態，開度與補氣管一致，不需要再通過在此形成壓力降來開啟浮球閥。在補氣過程中，浮球始終處于下部位置，補氣通道穩定。從控制理論來看，自由浮球式空氣閥在補氣過程中的動態特性為一比例環節,不會因為水流的壓力脈動產生振蕩,具有良好的補氣特性。

（5）浮球閥安裝位置比較靈活。浮球閥安裝位置所受限制較少小，為水輪機結構設計帶來方便。

4 自由浮球式補氣閥改造效果

2009年汛末至2010年汛前的機組檢修工作中，彭水水電站對5臺機組的補氣閥進行了改造。在2010年汛期，彭水水電站最大下泄流量超過10000m3/s，最高尾水位達232.5m，五臺機組自由浮球式補氣閥一直運行正常，未出現一例補氣閥漏水事件。尤其在6月中旬機組例行檢查期間發現2#機組原彈簧式補氣閥的閥軸斷裂，浮筒掉落，完全失去封水的作用。自由浮球式補氣閥很好的發揮了密封作用，沒有出現任何滲漏，避免一起水淹廠房事故的發生。彭水水電站自由浮球式補氣閥改造工作的成功，徹底解決了原補氣閥漏水等重要缺陷，同時為其他同類型水電站補氣閥的選型、設計及改造提供了借鑒經驗。

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