某大型電廠調速器主供油閥開度與閥盤開度指示不一致分析報告及建議

王繼承+田冰+劉佳磊+王永洪+牟亮

【摘 要】本文主要針對調速器系統DN100主供油閥門在一側額定壓力另一側無壓力情況下開啟后對蝸輪蝸桿傳動形式的閥門造成的影響，總結出蝸輪蝸桿閥門損壞的原因、處理思路，以及調速器主供油蝸輪蝸桿閥門帶壓操作的建議，以期為同行提供參考。

【關鍵詞】調速器；開度指示；主供油閥；蝸輪蝸桿

0 概述

某大型電廠調速器主供油閥主要用于控制調速器壓力油罐給調速器用戶供油，同時兼作為筒閥緊急停機液壓閥AA033閥壓力油源。機組正常運行時主供油閥處于全開位置。調速器主供油閥型號為 Q347Y-64P，壓力等級為6.4MPa，通徑100mm球閥。該閥傳動形式為蝸輪蝸桿結構，閥門的開啟和關閉是人工通過轉動手輪來實現。

1 問題現象

2015年5月24日，#7機組在檢修后，運行人員打開調速器主供油閥71005至40%全開度，進行筒閥液壓系統充油、排氣恢復措施，但由于緊急停機液壓閥AA033右側壓力油未供達，導致#7機組筒閥發生誤落。檢修人員與運行人員現場檢查發現調速器主供油閥71005 的40%開度顯示為虛假指示，而實際開度為0，故調速系統壓力油未真正到達筒閥緊急停機液壓閥AA033（AA033處于緊急動作狀態），導致#7機組筒閥發生誤落，后運行人員將調速器主供油閥71005開至全開。

2015年06月24日，檢修人員開票檢查#7機組調速器主供油閥71005閥閥門實際狀態，該閥閥盤指示為全開，同時傳動齒盤已到達全開限制位。將#7機組速器主供油閥71005閥傳動結構拆卸后檢查發現，#7機組速器主供油閥71005閥傳動桿鍵槽處嚴重變形，變形大概在20°左右，結合閥桿及鍵槽變形量，分析判斷#7機組速器主供油閥71005閥目前開啟狀態約為80%。

2 閥桿變形原因分析

2.1 閥門安全富裕量不足

調速器主供油閥71005閥與壓力油罐連接，閥門工作壓力為6.4MPa，壓力油罐工作壓力達到6.3MPa，油泵出口溢流閥閥值為6.5-6.7 MPa之間，此閥門在設計選型時安全富裕量考慮不周且此閥閥芯較大，受壓面積大，在進行操作時操作力矩也較大。閥桿在蝸輪蝸桿機構作用下造成閥桿變形，此為閥桿變形的主要原因。

2.2 閥桿強度與蝸輪蝸桿機構不匹配

調速器主供油閥71005閥閥桿變形是由于在蝸輪蝸桿機構作用下造成的。從機械傳動機構設計原則來說，雖然可通過蝸輪蝸桿來放大力矩，但前提是蝸輪蝸桿結構的最大傳動力矩應小于閥桿本身產生扭矩變形的力矩值。通俗點講：小了打不開，大了容易造成閥桿變形。

2.3 結構設計未考慮平壓管

調速器主供油閥71005閥前后未設置平壓管是此閥變形的另外一個原因。參考《錦東電站筒閥油壓裝置設計》在主供油閥前后設置了平壓管路，并設計一個DN10、 PN100的球閥控制平壓，使得閥門開啟和關閉較為省力，避免了閥門憋壓開啟的問題 。

2.4 結論

綜上分析， #7機組調速器主供油閥71005閥閥桿變形的主要原因為閥門結構強度安全富裕量不足，導致在操作時現變閥桿形問題。閥桿變形后在操作手輪過程中蝸輪蝸桿及開度指示在旋轉而實際閥桿沒有旋轉，也就出現了開度顯示為40%時，實際開度為0的狀態。

閥桿與蝸輪蝸桿機構不匹配以及主閥前后未設計平壓閥為次要因素。

3 閥門開度80%開度供油量分析

3.1 #7機組調速器與#5、#8機組調速器有水調試相關數據對比

結合#7機組調速器有水調試和#5、#8機組有水調試相關數據對比如下：

#7機組，正常開機時間為35.06s，正常關機時間為14.10s，緊急停機時間為14.34s，事故停機時間為13.28s。

#5機組，正常開機時間為36.86s，正常關機時間為14.16s，緊急停機時間為13.92s，事故停機時間為13.10s。

#8機組，正常開機時間為34.84s，正常關機時間為14.34s，緊急停機時間為14.32s，事故停機時間為12.86s

通過上述數據對比分析，#7機組調速器正常開關機時間、緊急停機時間、事故停機時間與#5、#8機組緊急停機、事故停機時間相差不大。

3.2 閥門流量核實

球閥的流量特性在啟閉階段為直線，在中間開度的時候為等百分比特性。根據《四川省雅礱江錦屏二級水電站調速系統設計計算書》計算的最小管徑要求為87mm。

根據合同要求管路流速為：≤4m/s，計算管路內徑、緊急關機時間為10s、接力器總容積0.238m3

主供油管路公稱直徑為DN100，按照流量為原通徑的60%計算，關機時間取事故停機時間=13.28s，得到目前閥門開度異常情況下的最大實際流速：vPmax=3.8m/s，滿足設計流速要求，流量也滿足正常工作的要求。

3.3 結論

通過緊急事故關機時間計算分析，目前#7機組調速器主供油閥閥開啟80%時，滿足調速器系統在事故停機時所需壓力油用油量。

4 后續建議

根據上述分析，提出如下處理建議：

4.1 將目前型號為Q347Y-64P閥門更換為10MPa壓力等級的閥門；

4.2 參考筒閥油壓裝置主供油閥設計方式，增設旁通平壓管，以優化調速器主供油閥操作方式。

【參考文獻】

[1]郭磊.水電站調速器油壓系統改造方案研究[J].南昌工程學院學報.2014（06）.

[2]蒲瑜.大型水輪機調速器故障與處理[J].水電站機電技術.2007（03）.

[責任編輯：朱麗娜]