水轮机调节系统液压冲击研究

左嘉程 杨子江 卞鑫圣

摘 要：水轮机调节系统，属于一个闭环系统模式，其组成部分包括水轮机控制设备系统与被控制系统；在其被控制系统当中，又细分为电压调节器、发电机、引水系统以及泄水系统等。值得注意的是，根据水轮机调节系统的运行状况来看，多因素影响下会产生液压冲击，进而影响系统运行的可靠性及安全性。鉴于此，本课题在分析水轮机调节系统液压冲击产生相关影响因素的基础上，进一步提到一些降低发生液压冲击的方法，以期使水轮机调节系统运行的可靠性及安全性得到有效保障。

关键词：水轮机；调节系统；液压冲击；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

由水轮机调节系统产生的液压冲击，指的是基于液压系统当中，因受到一些因素的影响，导致液体压力突然性交替上升或者下降，进而产生的阻尼波动过程，此过程便称之为液压冲击。通过工作经验发现，当水轮机调节系统发生液压冲击的情况下，其冲击压力与正常工作压力相比，可高出3-4倍，会导致一些元器件受到損坏或失效，比如：传感器、密封装置等，进一步使系统的正常、稳定运行受到严重影响。由此可见，便有必要了解水轮机调节系统液压冲击相关影响因素，然后采取有效解决方法，使液压冲击的发生得到有效控制，进而提高系统运行的效率及质量。

1.水轮机调节系统液压冲击相关影响因素分析

水轮机调节系统液压冲击的发生，会影响系统的运行效益，根据实际工作经验，总结出了以下影响因素：

（1）主配压阀控制因素。基于水轮机调节液压系统当中，主配压阀主要起到对接力器的开启、关闭进行有效控制的作用，同时，使接力器保持中位；当系统处于运行状态条件下，接力器动作由主配压阀实时监控；如果液体处于管路当中流动，主配压阀突然性回复到中位，则此时管路当中的液体流速将会突然之间下降到“零”；基于此过程，液压油的动能被转为成为压力能，导致液压系统的压力急剧上升，最终产生压力冲击波。相反，倘若主配压阀突然性呈现开启状态，那么压力罐合主配压阀之间的管路压力便会立即下降。

（2）接力器与导水构件的惯性力因素。当接力器与导水构件基于制动、换向状态条件下，由于受到主配压阀突然性闭合状态的影响，在惯性的作用下导水构件会持续转动，进一步导致压力快速提高，最终产生液压冲击。

总之，水轮机调节液压系统当中，主配压阀、接力器均易导致液压冲击的发生，如果发生液压冲击，将会导致系统一些元器件受到损坏或失效，进而影响系统的正常、安全运行。因此，需对液压冲击充分重视，加强防控措施方法的实施。

2.水轮机调节系统液压冲击预防处理方法分析

如前所述，水轮机调节系统液压冲击的产生，与系统中的主配压阀、接力器之间密不可分。因此，有必要采有效预防处理方法，降低液压冲击的发生，确保系统运行的安全性及可靠性。总结起来。具体预防处理方法如下：

2.1主配压阀相关预防处理方法

在水轮机调节系统运行过程中，因主配压阀快速开启或闭合产生液压冲击是关键因素，为了有效预防处理，可采取以下方法：

（1）基于条件允许的状态下，对主配压阀的开启速度合理降低，或合理降低其关闭速度，使换向时间t得到有效延长。由于主配压阀的开启及关闭速度会遭遇先导元件运动速度的影响，因此基于电磁阀油口部位可以进行阻尼器的设置，或者设置可调节流阀，使主配压阀的换向速度得到合理降低。除此之外，基于滑阀完全闭合之前，可对管道内液体的流速进行合理控制，使其流速合理降低；例如：在先导元件方面，选择使用伺服阀或者比例阀，然后基于阀芯上进行锥形槽或者V形槽的设置，使主配压阀基于中位附近的运动速度有效降低，进而使液压冲击得到大大的降低。

（2）可采取对管径进行增大处理的方法，同时降低流速，进而使流速的变化值有效降低，这样能够使缓冲的压力大大降低。或者，确保布管的合理性，采取对管长合理缩短的方式，使管道变径、弯曲等问题的发生得到有效避免，进而使液压冲击压力降低。

（3）基于主配压阀完全复中之前，合理降低液体的流速。为了使此处理方法得到有效实现，需考虑主配压阀的油口模式，通常为矩形口，或者圆形口；若为矩形口，在压力流量特性曲线方面，呈线性，基于主配压阀完全复中之前没有缓冲压力；但如果为圆形口，在压力流量特性曲线方面，基于中位附近存在比较高的缓冲压力。因此，主配压阀油口可使用圆形口，进而采取降低液体流速的方式，使液压冲击大大降低。

2.2接力器相关预防处理方法

针对接力器导致水轮机调节系统产生液压冲击的问题，在预防处理过程中具体方法为：

（1）基于接力器端部进行节流缓冲装置的设置，使接力器端部的排油速度得到有效控制，尤其是接力器临近暂停状态条件下的关闭速度，可达到平稳无冲击的效果。

（2）基于容易发生液压冲击的管路单重，进行蓄能装置的安装，使冲击压力被有效吸收，进而降低液压冲击压力。

（3）通过对系统各部件的优化设计及参数的合理设置，使接力器以及相关联动构件的性能及质量得到有效保障，进而使液压冲击的发生得到有效预防控制。

3.结语

综上所述，主配压阀、接力器是导致水轮机调节系统产生液压冲击的主要影响因素。因此，需針对主配压阀采取相关预防处理方法及对接力器采取相关预防处理方法。此外，本人认为在预防处理工作开展前，还有必要对液压冲击进行详细科学地计算，了解液压冲击相关参数指标情况，进而结合相应的处理方法，优化系统参数，大大降低液压冲击的发生。

参考文献：

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[4]罗南华，杨晓菊.水轮机调节系统的控制技术与发展[J].基础自动化，1998，5（4）：4-8.

作者简介：

左嘉程（1998—），男，汉族，贵州贵阳，本科，研究方向：能源与动力工程。

杨子江（1996—），男，汉族，四川乐山，本科，研究方向：能源与动力工程。

卞鑫圣（1998—），男，汉族，贵州兴义，本科，研究方向：能源与动力工程。