龙滩水电厂主配压阀结构与内泄漏分析

陈峰兵

(龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300)

龙滩水电厂主配压阀结构与内泄漏分析

陈峰兵

(龙滩水电开发有限公司龙滩水力发电厂,广西天峨547300)

水轮机调速系统是水轮发电机组中核心控制系统之一,主配压阀则是调速器机械液压系统的关键设备之一。龙滩水电厂5号机组小修后,调速器停机状态下内泄漏量较修前明显增加。通过分析龙滩水电厂调速器主配压阀的结构特点,对主配压阀活塞位置与主配压阀内泄漏量的变化规律进行分析,提出了降低内泄漏量的建议。

调速器；主配压阀；搭叠量；泄漏；龙滩水力发电厂

水轮机调速系统是水轮发电机组中核心控制系统之一,承担着水轮发电机组的开机、停机和实时转速调节等任务。主配压阀则是调速器机械液压系统的关键设备之一,能够将接收到的控制信号放大成相应方向、成比例、满足接力器流量要求的液压信号来操作接力器,控制导叶的开启或关闭,实施对进水流量的调节,从而控制水轮发电机组转速。

主配压阀阀盘厚度与控制窗口高度之差的一半称为搭叠量；主配压的阀盘与衬套内孔之间的径向缝隙称为间隙。主配压阀油流泄漏量、动作死区和动态性能等各项指标与搭叠量和间隙的大小密切相关。

1 龙滩水电厂主配压阀的结构特点

龙滩水电厂采用的主配压阀为ALSTOM公司的产品,从工作原理上看,这是一个三位五通阀,其结构如图1所示。

图1 主配压阀结构示意

该主配压阀采用了立式三阀盘结构,由阀体、活塞和衬套等组成,活塞直径为250 mm。上控制腔为恒压腔,与压力油源连通,下控制腔与伺服比例阀或手动控制阀的输出口连通,其液压控制信号的大小和方向决定油的体积,控制了活塞的位置,与主配压阀活塞相连的位移传感器将其位移量反馈给电气控制系统。活塞开侧最大可调行程20 mm,关侧最大行程30 mm,主配压阀开关腔设计搭叠量均为0.5 mm。

主配压阀活塞上方安装有流量反馈阀。流量反馈阀活塞上部直径比下部直径小0.5 mm,油压使活塞始终有一定向下的压力,加上活塞自重,流量反馈阀活塞始终与主配压阀活塞紧密接触。手动运行状态下,流量反馈阀的控制油口与主配压阀下控制腔连通,当主配位置由中位上移时,流量反馈阀活塞随之上移,控制口与排油连通,主配底部控制腔的油经流量反馈阀油排出,致使主配活塞下落。反之,当主配位置由中位下移时,流量反馈阀活塞随之下移,控制口与压力油源连通,经流量反馈阀流入主配底部控制腔,致使主配活塞上移,活塞最终在实际中间位置保持平衡。调速器切至自动运行后,流量反馈阀不再参与主配压阀活塞的动作控制。

2 主配压阀泄漏问题的提出

2011年4月,龙滩水电厂5号机组小修后,机组停机时压油泵启泵间隔由修前40 min/次缩短至20 min/次,调速器停机状态下内泄漏量较修前明显增加,从回油箱盖板处观察发现,调速器的漏油大部分来自主配压阀开、关腔排油口,其余部位未发现显著漏油点。开机带稳定负荷时,调速系统压油泵启动间隔与修前无明显变化。

通过调速器手自动切换、修改主配中位、比例阀切换、主备用UPC(转速/频率处理单元)切换等方式使主配压阀活塞在中间位置移动时发现：当主配压阀活塞位于实际中间位置偏关0.6 mm左右时,主配压阀开腔回油管漏油较大；在手动状态和投入紧急停机电磁阀情况下,主配压阀回油管路漏油较小；调整主配压阀活塞位置由实际中间位置向开侧方向微动,主配压阀内泄漏量有所降低。

从检查结果来看,漏油主要集中在主配压阀上,且主配压阀活塞在中间位置附近的移动值对主配压阀内泄漏量有较大影响,有必要进一步分析主配压阀活塞位置变化与其泄漏量的规律,根据分析结果采取相应措施,降低停机状态下的主配压阀内泄漏量,延长油泵启动周期。

3 主配压阀内泄漏特性分析

在接力器全关的情况下,为简化主配压阀活塞由实际中间位置向关侧移动过程中遮程(主配压阀阀盘控制边与衬套控制口之间的轴向距离)变化对主配压阀泄漏量影响的分析过程,假定主配压阀至接力器开关腔的管路无渗漏,且接力器活塞密封良好。

由于缝隙液流的雷诺数很小,计算泄漏量可以不考虑层流起始段对缝隙流量的影响,计算通过活塞缝隙的泄漏量可采用环形缝隙流公式,即

(1)

式中,Q为流经缝隙的泄漏量；d为活塞直径；h为缝隙径向间隙；Δp为缝隙两端压力差；μ为油液动力粘度；C为层流起始段影响系数,本文令C=1；L为遮程。

(2)

式中,P为油源工作压力；Q1为油源经由主配压阀开腔的泄漏量；P1为开腔压力；Q2为油源经由主配压阀关腔的泄漏量；P2为关腔压力；x为活塞相对几何中间位置的移动值。

由式(2)可得

(3)

(4)

图2 活塞位置变化与其泄漏量关系

由式(3)、(4)计算出泄漏量变化趋势与活塞位移量的关系见图2。

龙滩水电厂对5号机调速器泄漏量与主配压阀活塞位置的关系进行了试验。通过多种方式使主配压阀活塞在中间位置移动,记录主配压阀位置及油泵启动时间间隔,实测出调速器总泄漏量与主配压阀活塞位置关系如图2所示。

需要注意的是,主配压阀活塞的几何中间位置是活塞两侧搭叠量相等的位置,实际中间位置是能够保证接力器在任意位置(除两端)稳定时主配压阀活塞所处的位置,实际中间位置与几何中间位置并不一致。龙滩水电厂调速系统的分段关闭装置装设在接力器开腔油管上,其内部泄漏直接排至回油箱,主配压阀活塞必须由几何中间位置向开侧偏移使接力器两侧油压获得平衡,5号机主配压阀活塞的实际中间位置则与几何中间位置相差了约0.6 mm。

从图2可以看出,试验得出的泄露量与计算得

出的趋势是基本一致的。当主配压阀活塞由几何中间位置向关闭侧移动时,如活塞两侧均为正搭叠,泄漏量均较大；当活塞一侧为正开口时,随着活塞另一侧遮程的增加,泄漏量逐渐降低。

机组停机未投入紧急停机电磁阀的情况下,主配压阀活塞的位置可以通过导叶全关开度参数(一般取0～0.5%)进行调整,设置较低的导叶全关开度参数可以增加主配活塞由实际中间位置向关侧的移动值。经过分析认为,5号机小修后,停机时调速器主配活塞停留在内泄漏量最大位置的原因是修后率定的接力器位置全关位置与修前率定值存在一定的偏差。

4 结论与建议

为保持导叶开度不变而调整的实际中间位置并不一定是主配压阀的几何中间位置,如接力器开、关腔油管存在泄漏时,主配压阀实际中间位置将偏离几何中间位置。

机组停机时,主配压阀活塞应尽量向关闭侧移动,这样不仅可以使接力器开关腔获得一个足够大的压差来压紧导叶,减少机组停机时的导叶漏水量,还可以减少主配压阀内泄漏量,减少油压装置油泵启动次数。

[1]刘冀民, 孙松林, 刘启定, 等. 三位液压换向滑阀对中性对其内泄漏量的影响[J]. 农业机械学报, 2001, 32(5)： 72- 74．

[2]李建华, 朱军, 许栋, 等. DN250主配压阀国产化的研究[J]. 电气技术, 2010(8): 100- 102．

(责任编辑 王 琪)

龙滩水力发电厂争发电量成效显著

进入2月份以来，龙滩水力发电厂以中国大唐集团公司、大唐广西分公司2017年工作会议精神为指导，抓住“全面提升年”重点工作，把争发电量作为当前经营工作的首要任务，提升管理，优化调度，全力以赴抓好增发电量工作。截至2月28日，2月份已完成发电任务的113.9%，争发电量成效显著。

为确保机组安全稳定运行，该厂积极开展春检活动，对该厂安全生产的重点部位、重要设备、重大危险源等进行了拉网式的全面安全大排查。为使排查工作切实发挥大作用，精心制订检查方案，细化检查表格，将检查内容和整改责任细化到每个环节、每个岗位、每个人，确保各项检查到位，不留任何死角，本质安全。今春机组检修启动以来，该厂通过事前技术准备、事中过程控制、事后效果评估等各阶段进行全过程控制，提高检修质量。目前已完成5台机组、3条线路的检修工作，确保了机组的安全运行，为争发电量打下了基础。

在优化机组运行方式上，该厂根据南方电网公司下发的计划曲线、机组性能、机组运行水头和系统运行方式可靠性，合理安排启停顺序，启停时机，使运行机组尽可能长时间运行于最优工况区，从而提高机组运行效率，降低水耗，增加发电量。

受夜间低负荷期系统电压高的影响，该厂机组常处于允许短时运行区运行，不仅降低了机组运行效率，而且因机组振动、摆度增大，威胁机组的安全，降低机组使用寿命。对此，该厂积极与调度沟通，申请增加机组出力，改善机组运行工况，为争发电量起到了积极作用。

(龙滩水力发电厂 黄 莹)

Structure and Internal Leakage Analysis of Main Distributing Valve in Longtan Hydropower Plant

CHEN Fengbing

(Longtan Hydropower Plant, Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, Guangxi, China)

The speed regulating system of hydraulic turbine is one of the core control systems in hydroelectric generating set, and the main distributing valve is one of the key equipment of hydraulic system of governor. The amount of internal leakage of governor of Unit 5 during shut down period after minor repair in Longtan Hydropower Plant is found to increase significantly. For solving this problem, the structural features of main distributing valve of governor in Longtan Hydropower Plant are analyzed, and the change rule between piston position and leakage volume of main distributing valve is also analyzed. Finally, some suggestions to reduce the internal leakage are put forward．

governor; main distributing valve; overlap value; leakage; Longtan Hydropower Plant

2016- 02- 16

陈峰兵(1982—),男,江苏如皋人,工程师,主要从事水轮发电机组检修维护工作．

TM312.1(267)

B

0559- 9342(2017)04- 0069- 03