小湾机组大轴中心补气阀防漏水装置的研究及应用

刘啟文（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南　大理 675702）

小湾机组大轴中心补气阀防漏水装置的研究及应用

刘啟文
（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南大理 675702）

通过对小湾机组运行过程中大轴中心补气阀存在问题的分析、研究，制造出一套有效可靠防止大轴补气阀漏水装置，该装置可以有效防止机组尾水倒灌。防漏水装置各项功能经过工厂及现场试验的验证，现已成功安装并使用于小湾水电站的3台机组上。

补气阀；防漏水装置；研究；应用；小湾水电站

0　概述

小湾水电站位于云南省凤庆县与南涧县交界的澜沧江上，电站距昆明约456 km。坝址多年平均流量1 210 m3/s，设计引用流量2 190 m3/s。工程正常蓄水位1 240 m。水库总库容为149.14亿m3，有效库容为98.95亿m3，水库具有不完全多年调节能力。电站地下厂房内装有6台单机容量为700 MW的水轮发电机组，电站多年平均发电量为189.9亿kW·h。小湾水电站以500 kV电压等级接入电力系统，在系统中担任调峰、调频和事故备用。

为了满足水轮机在部分负荷工况下稳定运行和机组甩负荷时的补气需要，小湾机组均设置了大轴中心孔补气装置。补气阀设在发电机轴顶端，在尾水管中产生回旋涡带和真空时能补入必要的自由空气量，降低尾水压力脉动。补气阀设计开启力为978.6 N（100 kg），阀门全开最大行程150 mm，补气阀阀芯安装高程999.38 m。

1　机组大轴中心补气阀现状及原因分析

（1）正常情况。机组正常运行时，尾水真空度达到能克服补气阀弹簧力时，补气阀阀芯打开，从厂房上游侧夹墙内预埋补气管口进气通过机组段连接的进气管进入补气阀，直至机组尾水。考虑到机组尾水位高于补气阀安装位置高程时，阀芯关闭过程会有少量的尾水进入到补气阀阀筒内，在机组转动离心力作用下，阀筒内积水沿筒内壁爬高，经止梳齿间隙进入接水箱，由连接管道排至厂房渗漏集水井。

（2）非正常情况。当下游尾水位高于机组大轴中心补气阀阀芯安装高程、机组大轴中心补气阀关闭不到位或发卡及机组处于停机状态，3个条件同时具备时，机组尾水将通过补气阀向上涌出，小量的水经过梳齿密封（间隙为2 mm左右）节流减压后通过补气阀排水管排至厂房渗漏集水井中。大量的水经过大轴补气管经补气管的进气口排至厂房上游侧夹墙内，再由上游侧夹墙上的百叶窗、风机口流向机组段各层。

（3）事故。2014年8月进行闸门及水力学原型试验期间，尾水位达1 003.02 m。由于1号机组补气阀发卡，导致尾水倒灌，从上游侧夹墙上的百叶窗、风机口流向技术供水设备层、蜗壳层，监控系统报出“1、2号机组盘型阀层水灾报警”信号。由于及时发现事故，并作出正确判断及处理，事故未造成严重后果。

2　改进措施研究

鉴于补气阀在上述非正常情况下存在极大安全隐患，小湾水电厂决定对补气阀装置进行改进。通过大量市场调研及水电行业内沟通了解，没有找到成熟经验可以借鉴。后经自主创新，联合厂家共同研究设计制造出一套安装在大轴补气阀阀芯行程室内的实用新型防补气阀漏水装置（多孔浮球阀），见图1。

实用新型防补气阀漏水装置的工作原理是在机组电站处于停机状态时，电站尾水位＞999.38 m高程时，遇补气阀发卡或其阀盘密封失效，本结构装置有利于防止尾水倒灌，相当于多增加一道密封。当机组运行、尾水真空度达到补气值时，对补气阀动作打开补气无影响；当尾水位＞999.38 m高程时，7个不锈钢浮球在水浮力的作用下升高，堵住阀室上部开孔而实现密封作用；当机组运行、尾水真空度达到补气值时，补气管内尾水位下降，浮球由于自重落下至底部缓冲组件，实现补气通道畅通，补气阀打开补气。

本防漏水装置的特点：①同样的外径，多孔浮球阀过流面积大，补气阻力小；②采用多个较小的浮球，每个浮球迎水面积小，抗水锤能力强；③浮球较小球面曲率好，密封口直径较小，密封性能好；④多孔浮球阀轴向长度短，重量轻，可减小因动平衡不好引起机组的振动。

3　过气面积复核及严密性试验

（1）过气面积复核。为确保防漏水装置不造成对机组尾水补气的影响，对防漏水装置各位置的过气面积进行复核计算。结果为①φ400 mm补气管通径面积为125 664 mm2；②防漏水装置上部7个φ150 mm密封孔面积为123 700 mm2；③防漏水装置内部最狭窄处面积为127 147 mm2；④防漏水装置底部过气孔面积为133 223 mm2。经计算，该防漏水装置可与φ400 mm补气管通径匹配，不会对机组补气造成影响。

图1　实用新型防补气阀漏水装置示意

（2）严密性试验。在工厂加工制造出厂前模拟机组现场条件，进行了严密性试验，试验合格。现场安装调整完毕后，分三个压力等级（0.02、0.04、0.08 MPa）做真机试验，分别保压30 min无渗漏，试验合格。

4　结语

通过对补气阀及防漏水装置各部位过气面积复核，防漏水装置与补气阀及补气管通

径匹配，不会对机组补气造成影响。通过严密性试验验证了在小湾水电站高尾水位覆盖范围内（正常高尾水位997.19 m，五年一遇洪水为1 003.59 m），本防漏水装置密封性能合格。至2015 年4月，改进后的防漏水装置已成功安装并使用于小湾水电站的3台机组上。

［1］文宏泽.小湾水电站水轮机选型问题探讨［J］.云南水力发电，2001（1）：60-62，69.

［2］曾镇铃，徐正镐，王晓龙.小湾水电站水轮机主要参数和结构型式选择［J］.水力发电，2006，32（11）：97，99.

（责任编辑王琪）

Research and Application of Water Leakage Prevention Device for Shaft Center Air Compensating Valves of Xiaowan Hydro Units

LIU Qiwen
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

Through analyzing the problems of shaft center air compensating valves in the operation of Xiaowan Hydro Units，a device is created and produced which can effectively prevent the water leakage of shaft air compensating valve and the back flow of tail water.The functions of device for water leakage prevention have been proven by factory and actual operation tests.The new device has been successfully installed and applied on Unit 3 of Xiaowan Hydropower Station.

air compensating valve；water leakage prevention device；research；application；Xiaowan Hydropower Station

TM312.1（274）

A

0559-9342（2015）10-0041-02

2015-07-29

刘啟文（1968—），男，湖南祁阳人，高级技师，主要从事生产技术管理工作.