手動和液壓一體式鎖定裝置

胡奇+++吳繼兵+++李金桃

摘 要：文章主要介紹手動和液壓一體式鎖定裝置的結構及工作原理，本裝置可同時使用液壓功能或手動功能將接力器鎖定，解決了常規鎖定裝置在油管路故障時無法解除或投入鎖定的問題，提高了水輪機運行的安全性。

關鍵詞：手動；液壓；一體式；鎖定裝置

引言

接力器是水輪機操作機構的力量來源，是調節水輪機組出力、操作機組開機關機的重要機構，直接關系到整個水輪機的操作規律。在水電站運行維護管理中，“安全”始終是第一話題。在常規的液壓鎖定裝置設計中，鎖定裝置能否正常運行，僅僅依靠操作鎖定裝置的液壓系統，一旦這個液壓系統出現故障，將出現鎖定裝置無法投入，或者投入后無法退出的情況，對接力器的正常運行造成影響，從而影響整個水輪機的運行。為了克服常規液壓鎖定裝置的不足，本裝置在滿足液壓鎖定的功能的同時，加了手動鎖定功能。這樣，當操作鎖定裝置的液壓系統出現故障時，可以及時地通過手動功能來將接力器鎖定，極大地提高了接力器的可靠性，提高了水輪機運行的安全性。本裝置已應用在西藏藏木水電站、西藏果多水電站、江蘇溧陽抽水蓄能電站、浙江仙居抽水蓄能電站等多個項目中，藏木、溧陽、仙居等水電站已運行發電，證明本裝置應用可靠。

1 鎖定裝置的結構及工作原理

本裝置整體為水平結構，上缸蓋（5）、缸體（4）、下缸蓋（3）通過螺栓（6）連接為一體；兩個鎖定支桿（16）擰在上缸蓋（5）上，鎖定支板（14）通過螺母（13）與鎖定支桿（16）連接；下缸蓋（3）通過螺栓（9）與支架（10）連接，支架（10）使用螺栓把合在接力器的導向座上。

當本裝置作為液壓鎖定裝置時，活塞（7）依靠兩個進出油口（8）之間的油壓差左右移動，由活塞（7）帶動鎖定閘板（1）移動。當鎖定閘板（1）向右移動時，鎖定閘板（1）卡入接力器活塞的凹槽內，鎖定主活塞位置，實現對整個接力器的鎖定；當鎖定閘板（1）向左移動時，鎖定閘板（1）從接力器活塞的凹槽內移除，解除主活塞位置鎖定，可以使接力器投入使用。

當液壓系統出現故障（如管路斷裂、內部密封失效、儲油罐爆裂等情況），無法推動活塞（7）移動時，其手動鎖定功能發揮作用。當需要投入鎖定時，通過旋轉螺母（15）可使活塞（7）向右移動，從而帶動鎖定閘板（1）向右移動，進入鎖定位置，將接力器鎖定；當需要解除鎖定時，通過旋轉螺母（12）可使活塞（7）向左移動，從而帶動鎖定閘板（1）向左移動，解除鎖定，將接力器投入使用。

一般每臺水輪機使用兩個接力器，每個接力器使用兩個本鎖定裝置，鎖定裝置左右對稱布置，以保證在鎖定時，活塞桿受力均勻，不會產生側向彎曲。

本裝置在活塞上設置了效果良好的組合密封圈及導向帶，既可以有效降低鎖定裝置的內部液壓油滲漏，又為活塞提供摩擦系數較低的滑動導向。鑒于活塞與缸蓋之間需要相對移動，為防止活塞移動時通過缸蓋與活塞之間的間隙漏油，因此在上缸蓋、下缸蓋上設置多道密封圈。同時，為防止缸蓋與缸筒之間出現漏油，在缸蓋與缸筒之間設置了徑向密封。通過在國內多個電站的成功使用證明，本裝置密封效果極好，作用明顯。

2 與常規鎖定裝置的對比

常規鎖定裝置結構如圖2所示，其鎖定閘板的投入與解除完全依靠液壓裝置進行操作。圖2中所示的位置為鎖定裝置未投入的位置，當電站實際運行時，如果此時需要將鎖定閘板投入，但液壓油口1所連接的油管路出現故障，則會出現鎖定裝置無法投入的情況；同理，如果液壓裝置已投入，此時需要解除鎖定，但是液壓油口2所連接的油管路出現故障，則會造成鎖定裝置無法解除的情況。

圖2 常規鎖定裝置結構圖

當鎖定裝置無法投入時，若此時解除接力器液壓系統的油壓，會造成導葉回彈，導葉之間的間隙增大，水輪機組漏水量增加，甚至造成機組無法停機，或停機后機組再次旋轉導致軸承燒毀的情況。通過手動和液壓一體式鎖定裝置，可在鎖定裝置無法投入時，及時通過手動方式將鎖定投入，當機組關閉后，可將液壓系統解除或關閉鎖定裝置油管路，安全、方便地對鎖定裝置進行檢修維護。

當鎖定裝置無法解除時，只能通過停機檢修的方式，將鎖定裝置拆除進行修理，待重新安裝完畢后再次啟機，不僅影響了電站的正常運行，又影響了電網的正常調度。通過手動和液壓一體式鎖定裝置，可在鎖定裝置無法解除時，及時通過手動方式將鎖定解除，機組可正常啟機，待機組關閉后，對鎖定裝置進行檢修維護。

通過以上的對比可以發現，手動和液壓一體式鎖定裝置與常規鎖定裝置相比，具有非常大的優勢，既實現了常規鎖定裝置的全部功能，又解決了常規鎖定裝置的不足。當液壓系統出現故障時，可以通過手動方式將鎖定裝置投入或解除，同時檢修人員可立即對管路部分進行檢修，不影響設備的正常使用。

此外，由于結構所限制，當調速器對鎖定裝置的投入產生誤操作時，會導致鎖定閘板損壞，給電站的正常調試造成阻礙。響水澗、向家壩、沐 項目在機組調試時均出現此誤操作的事件。與常規鎖定裝置相比，由于手動和液壓一體式鎖定裝置具有手動鎖定功能，在機組調試階段，可以通過手動鎖定功能，將鎖定裝置固定在解除狀態。這樣，即使調速器裝置錯誤的發出鎖定投入的信號，因為機械限制，鎖定裝置也不會投入鎖定，起到了第二重的保護作用。

如果在電站正常運行期間，因誤操作導致鎖定閘板與導向座研死，無法通過液壓功能移動閘板時，可通過手動功能，將閘板移除，移除后，對鎖定裝置進行檢查修理。

3 結束語

本鎖定裝置對接力器活塞位置鎖定的安全性有了進一步地提升，不但包含了常規液壓鎖定裝置的全部功能，還增加了手動鎖定功能，具有結構簡單、體積小、重量輕、易操作等優點。在設計時，可將水輪機的兩個接力器設計成完全相同的樣式，降低了設計難度。在電站運行維護工作中，一旦鎖定裝置出現故障，可以在第一時間進行處理，不影響電站的正常發電，增強了機組的安全性能。

作者簡介：胡奇（1987-），男，2009年畢業于華中科技大學，現從事水輪機及進水閥門研發工作，工程師。