波紋金屬軟管代替分油器可行性研究

孟周銀，成傳詩，黃 奎

(中國長江電力股份有限公司，湖北 宜昌 443002)

葛洲壩電廠水輪發(fā)電機(jī)組采用搖擺式接力器，因其在導(dǎo)葉開關(guān)過程中，接力器會在一定角度內(nèi)擺動，而其連接管路均為剛性，因而加裝了分油器，使剛性連接轉(zhuǎn)化為類似鉸接形式，分油器套可繞分油器塞柱旋轉(zhuǎn)，接力器開關(guān)腔油管及環(huán)管過來的支管與分油器相連，形成通路，解決了接力器擺動而連接油管不動的問題。然而，增加分油器無疑是增加了系統(tǒng)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)越多，故障率就越高，維護(hù)起來就越麻煩。在實(shí)際運(yùn)行中，分油器套與塞柱在一定的角度相對運(yùn)動，致使局部磨損嚴(yán)重，尤其考驗(yàn)其套與塞柱間的動密封，密封一旦損壞，就必須停機(jī)檢修，為葛洲壩電站安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了隱患；在檢修過程中，曾出發(fā)現(xiàn)過分油器套出現(xiàn)沙眼，試驗(yàn)中出現(xiàn)大量漏油現(xiàn)象，葛洲壩某機(jī)組分油器還出現(xiàn)其連接支管錯位，強(qiáng)行安裝導(dǎo)致漏油現(xiàn)象，為檢修增加很大的工作量。而波紋金屬軟管具有良好的柔軟性和抗疲勞性，使它很容易吸收各種運(yùn)動變形和循環(huán)載荷，尤其在管路系統(tǒng)中有補(bǔ)償大位移的能力[1]，故而可采用波紋金屬軟管代替分油器，以減小少運(yùn)行中的安全隱患，并可以及減輕檢修工作量。

1 可行性分析

首先，要用波紋金屬軟管代替分油器，其工作壓力必須能與分油器運(yùn)行時(shí)的油壓相匹配，從而滿足機(jī)組運(yùn)行的需要。

根據(jù)分油器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(見圖1)可看出：其過流斷面直徑為90 mm，為保證開關(guān)機(jī)過流量需求，根據(jù)GB/T 14525-2010 波紋金屬軟管通用技術(shù)條件(以下簡稱通用技術(shù)條件)中表1 常用規(guī)格[2]，可選取公稱直徑(DN)為100 mm的波紋管，其設(shè)計(jì)壓力為4.0 MPa，而葛洲壩調(diào)速器設(shè)計(jì)工作壓力也為4.0 MPa，恰好適用，可見波紋金屬軟管從設(shè)計(jì)壓力這個最關(guān)鍵的因素上來說是完全可以替代分油器的。

圖1 分油器設(shè)計(jì)尺寸

其次，波紋金屬軟管是否可以代替分油器，還需考查其能否在有限的安裝空間補(bǔ)償接力器往復(fù)運(yùn)動產(chǎn)生的位移。

接力器在工作中，在一定角度范圍內(nèi)做往復(fù)擺動，其擺動軌跡見圖2，可見接力器擺動角度為16°，橫向直線位移為520 mm。

圖2 接力器擺動軌跡

為了補(bǔ)償接力器在往復(fù)擺動中的橫向位移，波紋管必須保證有一定的長度，其長度取決于其設(shè)計(jì)最小動態(tài)彎曲半徑及橫向位移[3]，在通用技術(shù)條件表9軟管最少彎曲次數(shù)和最小彎曲半徑中查得DN100波紋金屬軟管最小動態(tài)彎曲半徑為1 200 mm，最小靜態(tài)彎曲半徑為600 mm。假設(shè)將用于補(bǔ)償接力器擺動橫向位移的波紋金屬管段安裝在接力器軌跡對應(yīng)弦的垂直平分線上，位于接力器開腔油口正上方，那么，其橫向位移的情形如圖3所示。

圖3 橫向位移示意圖

則該管段長度可按以下公式計(jì)算：

L=πRsθ/90+(KD+L1+L2)

(1)

θ=arcos(1-Y/2Rs)

(2)

式中：L為金屬軟管長度，mm；Rs為最小動態(tài)彎曲半徑，mm，取1 200 mm；θ為彎曲角度；K為設(shè)計(jì)系數(shù)(1.0-1.5)，取1.5；D為波紋金屬軟管直徑，mm，取100 mm；L1、L2為金屬軟管接頭長度，mm，采用法蘭接頭取L1=L2=200 mm；Y為橫向位移量，mm，取接力器橫向位移的一半則Y=260 mm。

由式(2)可得θ=26.9°，帶代入式(1)中可得L=1 676.8 mm，實(shí)際安裝中可加長該補(bǔ)償管段以減小軟管彎曲角度增大實(shí)際動態(tài)彎曲半徑，延長軟管使用壽命，故可取L=1 700 mm。

由此可見用于補(bǔ)償橫向位移的管段并不長，接力器正上方完全有足夠空間安裝，接力器關(guān)腔油口的橫向位移比開腔油口小得多，補(bǔ)償管段長度可按相應(yīng)減小。在補(bǔ)償管段到接力器開關(guān)油口之間可采用帶雙法蘭的彎管過渡，使彎管與補(bǔ)償管段連接的法蘭水平，保證補(bǔ)償管段在與彎管連接時(shí)不發(fā)生彎曲，在補(bǔ)償管段到與環(huán)管相連的軟管中間亦采用帶雙法蘭的彎管過渡，保證軟管在連接處不發(fā)生彎曲，且可作為整個管路的受力點(diǎn)，以便固定管線，彎管角度可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況選擇；金屬軟管選用法蘭連接，法蘭連接時(shí)應(yīng)選用一端焊接法蘭，一端松套法蘭，以達(dá)到無扭矩安裝，防止造成金屬軟管扭轉(zhuǎn)，降低使用壽命[4]。為了便于運(yùn)行維護(hù)及故障快速處理，可在補(bǔ)償管段兩端各加裝1個截止閥，以便在補(bǔ)償管段損壞時(shí)快速更換。

2 結(jié) 語

綜上所述，在大型機(jī)組搖擺式接力器上，采用波紋金屬軟管替代分油器直接向接力器開關(guān)腔供油是完全可行的，這不僅減少了檢修維護(hù)的工作量，又提高了系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。而這在當(dāng)前技術(shù)條件及安裝條件下也是完全可行的。