机械锁锭装置在液压阀门中的应用

千 鑫 刘香建

（天生桥水力发电总厂，贵州 兴义 562400）

0 引言

天生桥二级电站共六台容量225 MW水轮发电机组，每台机组设有两台 500尾水管排水阀，是由哈尔滨电机厂生产的具有液压操作机构的截止阀，主要功用是在机组检修时用来排空蜗壳及压力钢管内的积水，以便工作人员进入完成检修任务。其设计最大行程为150 mm，阀门自带一结构简单的机械锁锭板，锁锭板主要功能只是防止机组运行时阀门误开启，防止机组在运行过程中尾水管内积水直接倒灌进入检修廊道，威胁人身健康以及设备的安全稳定运行状态。

1 原尾水管排水阀故障介绍

尾水管排水阀设计一结构简单的机械锁锭板，其需依靠人工锤击的方法将阀轴卡住，操作方便，但锁锭板长期处于相对湿度90%的环境中，导致其产生严重锈蚀，因此部分机组的锁锭板无法投入使用。在机组运行时，存在一种可能性，即液压系统发生上下腔窜油情况，此时尾水管排水阀即可能自行开启，轻则造成机组水力损失，机组效率下降，在尾水管排水阀全开的情况下0.2 MPa压力水将在几分钟内淹没检修廊道，排水泵全部启动并连续运行也无济于事，亦可能造成水淹厂房的严重后果。除此之外，该锁锭板不能限制阀门开度，不利于实现检修中安措对阀门开度的要求，仅依靠值班员的经验来控制排水流量，且锁锭板只有防止阀门开启的功能，不能防止阀门关闭，而且在机组检修时，曾经出现过因阀瓣自重以及液压系统失压导致的阀门自关闭现象，使得尾水管积水上涨至尾水管进人门处，危害人身健康以及设备安全。曾设想过对阀门整体进行更换，但是原尾水管排水阀分段安装在高度不足2 m的环境中，阀门总高度为7.045 m，狭小的作业空间决定了其安装、拆卸难度非常大。

2 尾水管排水阀流量控制

尾水管排水阀锁锭装置主要由行程指示杆、机械手动锁锭、导向杆等部件组成，活塞操作前，将上导向背帽移至活塞预开启行程位置，操作尾水管排水阀控制油路，使活塞缓慢动作至预设行程位置，这时上导向背帽会将锁锭块固定在预设行程位置，然后将下导向背帽拧紧，锁紧机械手动锁锭，从而实现液压阀的多行程控制，同时在排水过程中可以根据检修廊道水位情况随时调节液压阀至任意行程位置以控制泄水流量。我厂检修廊道内设置有两台潜水泵，分别为400 m3／h和250 m3／h，一台深井泵为550 m3／h，三台泵全启动情况下排水流量0.33 m3／s， 500尾水管排水阀开至最大行程150 mm，若排水阀全开恰逢尾水闸门漏水情况，水流会源源不断地涌进尾水管，通过排水阀进入检修廊道。

假设水流为理想液体，理想液体的伯努利方程：

式中，Z为单位重量液体从某一基准面算起所具有的位置势能；为单位重量液体所具有的动水压能为单位重量液体所具有的动能。

通过尾水管排水阀过水断面的流速分布一般不是均匀流，假设通过尾水管排水阀过水断面的为均匀分布的流速，流量计算公式如下：

通过计算，在尾水闸门漏水且尾水管排水阀全开的最糟糕情况下，排水阀排入检修廊道内的排水流量将达到6 m3／s，而三台泵全启动情况下排水流量只有0.33 m3／s，检修廊道的容量约900 m3。根据多年检修经验，基本每年都有一台机组会出现尾水闸门遭遇异物卡涩漏水的现象发生，将导致三台排水泵不停运转，如果将一台尾水管排水阀打至全开状态，检修廊道内水位几分钟内将会上涨起来，这种情况下所带来的风险是无法承受的。因此，在机组检修阶段尾水管排水时，运行人员在排水过程中只有通过控制液压操作系统的阀门开度来控制排水阀接力器行程，以保证排水阀下泄量的大小。这种控制方法难以达到预期效果，因此设计在缸体上增设一套操作简单、多行程控制、具有自锁功能的机械锁锭，运行人员在排水过程中可以通过手动设置机械锁锭的开度来控制下泄流量，而且在检修期也不用担心由于液压系统失压导致的阀瓣本体关闭，从而使漏水淹没至尾水管进人门。

3 尾水管排水阀锁锭设计

针对我厂盘型阀锁锭装置难以操作、无开度限制以及行程指示等缺陷，技术人员认为配置一套安全、操作简单方便、能够运行在恶劣环境下的锁锭装置是必不可少的，但考虑到尾水管排水阀安装位置的局限，不可能对排水阀本体进行更换，因此只对尾水管排水阀端盖、活塞背帽、阀轴进行改造，不但实现经济效益最大化，而且满足设备的运行需求。结构改造尺寸（图1）：第一，将零件1原排水阀的M64厚51 mm锁紧背帽改为厚度80 mm，使螺母能同时连接活塞上下两端轴，当活塞上下运动时，直接将活塞运动行程反映到行程指示杆上；第二，增加零件2，一端车M64螺纹，另一端装设行程指示杆的联轴；第三，零件3端盖进行改造，在端盖和联轴之间增加间隙密封和两道O型密封，加强密封效果，而且为了不影响活塞的行程变化，在不改变缸体本体尺寸的情况下，在端盖下制作 104孔，保证背帽正常运动；第四，增加行程指示装置4，更加直观显示阀门行程状态；第五，增加机械锁锭装置，锁锭由锁锭块、导向杆、导向背帽组成，通过此装置来实现尾水管排水阀0～150 mm行程控制。

图1 锁锭装置结构图

4 锁锭装置的特点

（1）为保证阀门在安措中能够实现流量控制，该装置增加了多行程操作机构，使原来无行程指示以及锁锭位置单一不能改变行程的尾水管排水阀能在任意行程位置进行锁定，并且有明显的行程指示，通过控制排水流量来控制检修廊道的水位高低以及检修排水泵的运行时间。

（2）锁锭装置在原有的防开启功能基础上增加了防止关闭的自锁功能，满足机组检修和运行多种方式，从而提高了机组运行的安全系数。

（3）对于长时间处于恶劣环境中单一状态运行的阀门来说，其锁锭装置祛除了操作复杂的自动化元器件，使得阀门操作简单，避免了误操作情况发生。

5 结语

目前此锁锭装置运行较为良好，通过对锁锭装置功能的改造，从根本上解决了由于阀门自身缺陷导致的安全问题。对于设计存在此类缺陷的电站来说，在不进行阀门整体技术改造的情况下，如何选用比较合理、比较经济的方式达到预期效果是比较难以抉择的问题，针对实际问题找出解决方案，才能保证阀门的安全可靠运行，本文旨在为遇到同类技术问题的读者提供方法上的借鉴。

［1］李建中.水力学［M］.西安：陕西科学技术出版社，2002.

［2］吴宗泽.机械设计实用手册［M］.北京：化学工业出版社，1999.