水輪機調節系統液壓沖擊研究

左嘉程 楊子江 卞鑫圣

摘 要：水輪機調節系統，屬于一個閉環系統模式，其組成部分包括水輪機控制設備系統與被控制系統；在其被控制系統當中，又細分為電壓調節器、發電機、引水系統以及泄水系統等。值得注意的是，根據水輪機調節系統的運行狀況來看，多因素影響下會產生液壓沖擊，進而影響系統運行的可靠性及安全性。鑒于此，本課題在分析水輪機調節系統液壓沖擊產生相關影響因素的基礎上，進一步提到一些降低發生液壓沖擊的方法，以期使水輪機調節系統運行的可靠性及安全性得到有效保障。

關鍵詞：水輪機；調節系統；液壓沖擊；可靠性；安全性

Abstract： turbine governing system， belongs to a closed loop system mode， its components include the turbine control equipment system and the controlled system； In the control system， it is further subdivided into voltage regulator， generator， water diversion system and drainage system. It is worth noting that， according to the operation condition of the turbine governing system， hydraulic impact will be generated under the influence of multiple factors， which will further affect the reliability and safety of the system operation. In view of this， this topic in the turbine governing system hydraulic impact on the basis of analysis of the relevant factors， and further mentioned some methods to reduce the occurrence of hydraulic impact， in order to make the turbine governing system operating reliability and safety are effectively guaranteed.

Keywords： water turbine；Regulating system；Hydraulic impact；Reliability； security

由水輪機調節系統產生的液壓沖擊，指的是基于液壓系統當中，因受到一些因素的影響，導致液體壓力突然性交替上升或者下降，進而產生的阻尼波動過程，此過程便稱之為液壓沖擊。通過工作經驗發現，當水輪機調節系統發生液壓沖擊的情況下，其沖擊壓力與正常工作壓力相比，可高出3-4倍，會導致一些元器件受到損壞或失效，比如：傳感器、密封裝置等，進一步使系統的正常、穩定運行受到嚴重影響。由此可見，便有必要了解水輪機調節系統液壓沖擊相關影響因素，然后采取有效解決方法，使液壓沖擊的發生得到有效控制，進而提高系統運行的效率及質量。

1.水輪機調節系統液壓沖擊相關影響因素分析

水輪機調節系統液壓沖擊的發生，會影響系統的運行效益，根據實際工作經驗，總結出了以下影響因素：

（1）主配壓閥控制因素。基于水輪機調節液壓系統當中，主配壓閥主要起到對接力器的開啟、關閉進行有效控制的作用，同時，使接力器保持中位；當系統處于運行狀態條件下，接力器動作由主配壓閥實時監控；如果液體處于管路當中流動，主配壓閥突然性回復到中位，則此時管路當中的液體流速將會突然之間下降到“零”；基于此過程，液壓油的動能被轉為成為壓力能，導致液壓系統的壓力急劇上升，最終產生壓力沖擊波。相反，倘若主配壓閥突然性呈現開啟狀態，那么壓力罐合主配壓閥之間的管路壓力便會立即下降。

（2）接力器與導水構件的慣性力因素。當接力器與導水構件基于制動、換向狀態條件下，由于受到主配壓閥突然性閉合狀態的影響，在慣性的作用下導水構件會持續轉動，進一步導致壓力快速提高，最終產生液壓沖擊。

總之，水輪機調節液壓系統當中，主配壓閥、接力器均易導致液壓沖擊的發生，如果發生液壓沖擊，將會導致系統一些元器件受到損壞或失效，進而影響系統的正常、安全運行。因此，需對液壓沖擊充分重視，加強防控措施方法的實施。

2.水輪機調節系統液壓沖擊預防處理方法分析

如前所述，水輪機調節系統液壓沖擊的產生，與系統中的主配壓閥、接力器之間密不可分。因此，有必要采有效預防處理方法，降低液壓沖擊的發生，確保系統運行的安全性及可靠性。總結起來。具體預防處理方法如下：

2.1主配壓閥相關預防處理方法

在水輪機調節系統運行過程中，因主配壓閥快速開啟或閉合產生液壓沖擊是關鍵因素，為了有效預防處理，可采取以下方法：

（1）基于條件允許的狀態下，對主配壓閥的開啟速度合理降低，或合理降低其關閉速度，使換向時間t得到有效延長。由于主配壓閥的開啟及關閉速度會遭遇先導元件運動速度的影響，因此基于電磁閥油口部位可以進行阻尼器的設置，或者設置可調節流閥，使主配壓閥的換向速度得到合理降低。除此之外，基于滑閥完全閉合之前，可對管道內液體的流速進行合理控制，使其流速合理降低；例如：在先導元件方面，選擇使用伺服閥或者比例閥，然后基于閥芯上進行錐形槽或者V形槽的設置，使主配壓閥基于中位附近的運動速度有效降低，進而使液壓沖擊得到大大的降低。

（2）可采取對管徑進行增大處理的方法，同時降低流速，進而使流速的變化值有效降低，這樣能夠使緩沖的壓力大大降低。或者，確保布管的合理性，采取對管長合理縮短的方式，使管道變徑、彎曲等問題的發生得到有效避免，進而使液壓沖擊壓力降低。

（3）基于主配壓閥完全復中之前，合理降低液體的流速。為了使此處理方法得到有效實現，需考慮主配壓閥的油口模式，通常為矩形口，或者圓形口；若為矩形口，在壓力流量特性曲線方面，呈線性，基于主配壓閥完全復中之前沒有緩沖壓力；但如果為圓形口，在壓力流量特性曲線方面，基于中位附近存在比較高的緩沖壓力。因此，主配壓閥油口可使用圓形口，進而采取降低液體流速的方式，使液壓沖擊大大降低。

2.2接力器相關預防處理方法

針對接力器導致水輪機調節系統產生液壓沖擊的問題，在預防處理過程中具體方法為：

（1）基于接力器端部進行節流緩沖裝置的設置，使接力器端部的排油速度得到有效控制，尤其是接力器臨近暫停狀態條件下的關閉速度，可達到平穩無沖擊的效果。

（2）基于容易發生液壓沖擊的管路單重，進行蓄能裝置的安裝，使沖擊壓力被有效吸收，進而降低液壓沖擊壓力。

（3）通過對系統各部件的優化設計及參數的合理設置，使接力器以及相關聯動構件的性能及質量得到有效保障，進而使液壓沖擊的發生得到有效預防控制。

3.結語

綜上所述，主配壓閥、接力器是導致水輪機調節系統產生液壓沖擊的主要影響因素。因此，需針對主配壓閥采取相關預防處理方法及對接力器采取相關預防處理方法。此外，本人認為在預防處理工作開展前，還有必要對液壓沖擊進行詳細科學地計算，了解液壓沖擊相關參數指標情況，進而結合相應的處理方法，優化系統參數，大大降低液壓沖擊的發生。

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作者簡介：

左嘉程（1998—），男，漢族，貴州貴陽，本科，研究方向：能源與動力工程。

楊子江（1996—），男，漢族，四川樂山，本科，研究方向：能源與動力工程。

卞鑫圣（1998—），男，漢族，貴州興義，本科，研究方向：能源與動力工程。