龍灘水電廠主配壓閥結(jié)構(gòu)與內(nèi)泄漏分析

陳峰兵

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

龍灘水電廠主配壓閥結(jié)構(gòu)與內(nèi)泄漏分析

陳峰兵

(龍灘水電開發(fā)有限公司龍灘水力發(fā)電廠,廣西天峨547300)

水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是水輪發(fā)電機(jī)組中核心控制系統(tǒng)之一,主配壓閥則是調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一。龍灘水電廠5號(hào)機(jī)組小修后,調(diào)速器停機(jī)狀態(tài)下內(nèi)泄漏量較修前明顯增加。通過分析龍灘水電廠調(diào)速器主配壓閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),對(duì)主配壓閥活塞位置與主配壓閥內(nèi)泄漏量的變化規(guī)律進(jìn)行分析,提出了降低內(nèi)泄漏量的建議。

調(diào)速器；主配壓閥；搭疊量；泄漏；龍灘水力發(fā)電廠

水輪機(jī)調(diào)速系統(tǒng)是水輪發(fā)電機(jī)組中核心控制系統(tǒng)之一,承擔(dān)著水輪發(fā)電機(jī)組的開機(jī)、停機(jī)和實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)等任務(wù)。主配壓閥則是調(diào)速器機(jī)械液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備之一,能夠?qū)⒔邮盏降目刂菩盘?hào)放大成相應(yīng)方向、成比例、滿足接力器流量要求的液壓信號(hào)來操作接力器,控制導(dǎo)葉的開啟或關(guān)閉,實(shí)施對(duì)進(jìn)水流量的調(diào)節(jié),從而控制水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速。

主配壓閥閥盤厚度與控制窗口高度之差的一半稱為搭疊量；主配壓的閥盤與襯套內(nèi)孔之間的徑向縫隙稱為間隙。主配壓閥油流泄漏量、動(dòng)作死區(qū)和動(dòng)態(tài)性能等各項(xiàng)指標(biāo)與搭疊量和間隙的大小密切相關(guān)。

1 龍灘水電廠主配壓閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

龍灘水電廠采用的主配壓閥為ALSTOM公司的產(chǎn)品,從工作原理上看,這是一個(gè)三位五通閥,其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 主配壓閥結(jié)構(gòu)示意

該主配壓閥采用了立式三閥盤結(jié)構(gòu),由閥體、活塞和襯套等組成,活塞直徑為250 mm。上控制腔為恒壓腔,與壓力油源連通,下控制腔與伺服比例閥或手動(dòng)控制閥的輸出口連通,其液壓控制信號(hào)的大小和方向決定油的體積,控制了活塞的位置,與主配壓閥活塞相連的位移傳感器將其位移量反饋給電氣控制系統(tǒng)。活塞開側(cè)最大可調(diào)行程20 mm,關(guān)側(cè)最大行程30 mm,主配壓閥開關(guān)腔設(shè)計(jì)搭疊量均為0.5 mm。

主配壓閥活塞上方安裝有流量反饋閥。流量反饋閥活塞上部直徑比下部直徑小0.5 mm,油壓使活塞始終有一定向下的壓力,加上活塞自重,流量反饋閥活塞始終與主配壓閥活塞緊密接觸。手動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下,流量反饋閥的控制油口與主配壓閥下控制腔連通,當(dāng)主配位置由中位上移時(shí),流量反饋閥活塞隨之上移,控制口與排油連通,主配底部控制腔的油經(jīng)流量反饋閥油排出,致使主配活塞下落。反之,當(dāng)主配位置由中位下移時(shí),流量反饋閥活塞隨之下移,控制口與壓力油源連通,經(jīng)流量反饋閥流入主配底部控制腔,致使主配活塞上移,活塞最終在實(shí)際中間位置保持平衡。調(diào)速器切至自動(dòng)運(yùn)行后,流量反饋閥不再參與主配壓閥活塞的動(dòng)作控制。

2 主配壓閥泄漏問題的提出

2011年4月,龍灘水電廠5號(hào)機(jī)組小修后,機(jī)組停機(jī)時(shí)壓油泵啟泵間隔由修前40 min/次縮短至20 min/次,調(diào)速器停機(jī)狀態(tài)下內(nèi)泄漏量較修前明顯增加,從回油箱蓋板處觀察發(fā)現(xiàn),調(diào)速器的漏油大部分來自主配壓閥開、關(guān)腔排油口,其余部位未發(fā)現(xiàn)顯著漏油點(diǎn)。開機(jī)帶穩(wěn)定負(fù)荷時(shí),調(diào)速系統(tǒng)壓油泵啟動(dòng)間隔與修前無明顯變化。

通過調(diào)速器手自動(dòng)切換、修改主配中位、比例閥切換、主備用UPC(轉(zhuǎn)速/頻率處理單元)切換等方式使主配壓閥活塞在中間位置移動(dòng)時(shí)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)主配壓閥活塞位于實(shí)際中間位置偏關(guān)0.6 mm左右時(shí),主配壓閥開腔回油管漏油較大；在手動(dòng)狀態(tài)和投入緊急停機(jī)電磁閥情況下,主配壓閥回油管路漏油較小；調(diào)整主配壓閥活塞位置由實(shí)際中間位置向開側(cè)方向微動(dòng),主配壓閥內(nèi)泄漏量有所降低。

從檢查結(jié)果來看,漏油主要集中在主配壓閥上,且主配壓閥活塞在中間位置附近的移動(dòng)值對(duì)主配壓閥內(nèi)泄漏量有較大影響,有必要進(jìn)一步分析主配壓閥活塞位置變化與其泄漏量的規(guī)律,根據(jù)分析結(jié)果采取相應(yīng)措施,降低停機(jī)狀態(tài)下的主配壓閥內(nèi)泄漏量,延長油泵啟動(dòng)周期。

3 主配壓閥內(nèi)泄漏特性分析

在接力器全關(guān)的情況下,為簡化主配壓閥活塞由實(shí)際中間位置向關(guān)側(cè)移動(dòng)過程中遮程(主配壓閥閥盤控制邊與襯套控制口之間的軸向距離)變化對(duì)主配壓閥泄漏量影響的分析過程,假定主配壓閥至接力器開關(guān)腔的管路無滲漏,且接力器活塞密封良好。

由于縫隙液流的雷諾數(shù)很小,計(jì)算泄漏量可以不考慮層流起始段對(duì)縫隙流量的影響,計(jì)算通過活塞縫隙的泄漏量可采用環(huán)形縫隙流公式,即

(1)

式中,Q為流經(jīng)縫隙的泄漏量；d為活塞直徑；h為縫隙徑向間隙；Δp為縫隙兩端壓力差；μ為油液動(dòng)力粘度；C為層流起始段影響系數(shù),本文令C=1；L為遮程。

(2)

式中,P為油源工作壓力；Q1為油源經(jīng)由主配壓閥開腔的泄漏量；P1為開腔壓力；Q2為油源經(jīng)由主配壓閥關(guān)腔的泄漏量；P2為關(guān)腔壓力；x為活塞相對(duì)幾何中間位置的移動(dòng)值。

由式(2)可得

(3)

(4)

圖2 活塞位置變化與其泄漏量關(guān)系

由式(3)、(4)計(jì)算出泄漏量變化趨勢(shì)與活塞位移量的關(guān)系見圖2。

龍灘水電廠對(duì)5號(hào)機(jī)調(diào)速器泄漏量與主配壓閥活塞位置的關(guān)系進(jìn)行了試驗(yàn)。通過多種方式使主配壓閥活塞在中間位置移動(dòng),記錄主配壓閥位置及油泵啟動(dòng)時(shí)間間隔,實(shí)測(cè)出調(diào)速器總泄漏量與主配壓閥活塞位置關(guān)系如圖2所示。

需要注意的是,主配壓閥活塞的幾何中間位置是活塞兩側(cè)搭疊量相等的位置,實(shí)際中間位置是能夠保證接力器在任意位置(除兩端)穩(wěn)定時(shí)主配壓閥活塞所處的位置,實(shí)際中間位置與幾何中間位置并不一致。龍灘水電廠調(diào)速系統(tǒng)的分段關(guān)閉裝置裝設(shè)在接力器開腔油管上,其內(nèi)部泄漏直接排至回油箱,主配壓閥活塞必須由幾何中間位置向開側(cè)偏移使接力器兩側(cè)油壓獲得平衡,5號(hào)機(jī)主配壓閥活塞的實(shí)際中間位置則與幾何中間位置相差了約0.6 mm。

從圖2可以看出,試驗(yàn)得出的泄露量與計(jì)算得

出的趨勢(shì)是基本一致的。當(dāng)主配壓閥活塞由幾何中間位置向關(guān)閉側(cè)移動(dòng)時(shí),如活塞兩側(cè)均為正搭疊,泄漏量均較大；當(dāng)活塞一側(cè)為正開口時(shí),隨著活塞另一側(cè)遮程的增加,泄漏量逐漸降低。

機(jī)組停機(jī)未投入緊急停機(jī)電磁閥的情況下,主配壓閥活塞的位置可以通過導(dǎo)葉全關(guān)開度參數(shù)(一般取0～0.5%)進(jìn)行調(diào)整,設(shè)置較低的導(dǎo)葉全關(guān)開度參數(shù)可以增加主配活塞由實(shí)際中間位置向關(guān)側(cè)的移動(dòng)值。經(jīng)過分析認(rèn)為,5號(hào)機(jī)小修后,停機(jī)時(shí)調(diào)速器主配活塞停留在內(nèi)泄漏量最大位置的原因是修后率定的接力器位置全關(guān)位置與修前率定值存在一定的偏差。

4 結(jié)論與建議

為保持導(dǎo)葉開度不變而調(diào)整的實(shí)際中間位置并不一定是主配壓閥的幾何中間位置,如接力器開、關(guān)腔油管存在泄漏時(shí),主配壓閥實(shí)際中間位置將偏離幾何中間位置。

機(jī)組停機(jī)時(shí),主配壓閥活塞應(yīng)盡量向關(guān)閉側(cè)移動(dòng),這樣不僅可以使接力器開關(guān)腔獲得一個(gè)足夠大的壓差來壓緊導(dǎo)葉,減少機(jī)組停機(jī)時(shí)的導(dǎo)葉漏水量,還可以減少主配壓閥內(nèi)泄漏量,減少油壓裝置油泵啟動(dòng)次數(shù)。

[1]劉冀民, 孫松林, 劉啟定, 等. 三位液壓換向滑閥對(duì)中性對(duì)其內(nèi)泄漏量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2001, 32(5)： 72- 74．

[2]李建華, 朱軍, 許棟, 等. DN250主配壓閥國產(chǎn)化的研究[J]. 電氣技術(shù), 2010(8): 100- 102．

(責(zé)任編輯 王 琪)

龍灘水力發(fā)電廠爭發(fā)電量成效顯著

進(jìn)入2月份以來，龍灘水力發(fā)電廠以中國大唐集團(tuán)公司、大唐廣西分公司2017年工作會(huì)議精神為指導(dǎo)，抓住“全面提升年”重點(diǎn)工作，把爭發(fā)電量作為當(dāng)前經(jīng)營工作的首要任務(wù)，提升管理，優(yōu)化調(diào)度，全力以赴抓好增發(fā)電量工作。截至2月28日，2月份已完成發(fā)電任務(wù)的113.9%，爭發(fā)電量成效顯著。

為確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，該廠積極開展春檢活動(dòng)，對(duì)該廠安全生產(chǎn)的重點(diǎn)部位、重要設(shè)備、重大危險(xiǎn)源等進(jìn)行了拉網(wǎng)式的全面安全大排查。為使排查工作切實(shí)發(fā)揮大作用，精心制訂檢查方案，細(xì)化檢查表格，將檢查內(nèi)容和整改責(zé)任細(xì)化到每個(gè)環(huán)節(jié)、每個(gè)崗位、每個(gè)人，確保各項(xiàng)檢查到位，不留任何死角，本質(zhì)安全。今春機(jī)組檢修啟動(dòng)以來，該廠通過事前技術(shù)準(zhǔn)備、事中過程控制、事后效果評(píng)估等各階段進(jìn)行全過程控制，提高檢修質(zhì)量。目前已完成5臺(tái)機(jī)組、3條線路的檢修工作，確保了機(jī)組的安全運(yùn)行，為爭發(fā)電量打下了基礎(chǔ)。

在優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行方式上，該廠根據(jù)南方電網(wǎng)公司下發(fā)的計(jì)劃曲線、機(jī)組性能、機(jī)組運(yùn)行水頭和系統(tǒng)運(yùn)行方式可靠性，合理安排啟停順序，啟停時(shí)機(jī)，使運(yùn)行機(jī)組盡可能長時(shí)間運(yùn)行于最優(yōu)工況區(qū)，從而提高機(jī)組運(yùn)行效率，降低水耗，增加發(fā)電量。

受夜間低負(fù)荷期系統(tǒng)電壓高的影響，該廠機(jī)組常處于允許短時(shí)運(yùn)行區(qū)運(yùn)行，不僅降低了機(jī)組運(yùn)行效率，而且因機(jī)組振動(dòng)、擺度增大，威脅機(jī)組的安全，降低機(jī)組使用壽命。對(duì)此，該廠積極與調(diào)度溝通，申請(qǐng)?jiān)黾訖C(jī)組出力，改善機(jī)組運(yùn)行工況，為爭發(fā)電量起到了積極作用。

(龍灘水力發(fā)電廠 黃 瑩)

Structure and Internal Leakage Analysis of Main Distributing Valve in Longtan Hydropower Plant

CHEN Fengbing

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

The speed regulating system of hydraulic turbine is one of the core control systems in hydroelectric generating set, and the main distributing valve is one of the key equipment of hydraulic system of governor. The amount of internal leakage of governor of Unit 5 during shut down period after minor repair in Longtan Hydropower Plant is found to increase significantly. For solving this problem, the structural features of main distributing valve of governor in Longtan Hydropower Plant are analyzed, and the change rule between piston position and leakage volume of main distributing valve is also analyzed. Finally, some suggestions to reduce the internal leakage are put forward．

governor; main distributing valve; overlap value; leakage; Longtan Hydropower Plant

2016- 02- 16

陳峰兵(1982—),男,江蘇如皋人,工程師,主要從事水輪發(fā)電機(jī)組檢修維護(hù)工作．

TM312.1(267)

B

0559- 9342(2017)04- 0069- 03