波纹金属软管代替分油器可行性研究

2019-05-30孟周银成传诗

水电与新能源 2019年5期

孟周银，成传诗，黄奎

(中国长江电力股份有限公司，湖北宜昌 443002)

葛洲坝电厂水轮发电机组采用摇摆式接力器，因其在导叶开关过程中，接力器会在一定角度内摆动，而其连接管路均为刚性，因而加装了分油器，使刚性连接转化为类似铰接形式，分油器套可绕分油器塞柱旋转，接力器开关腔油管及环管过来的支管与分油器相连，形成通路，解决了接力器摆动而连接油管不动的问题。然而，增加分油器无疑是增加了系统中的节点数量，系统节点越多，故障率就越高，维护起来就越麻烦。在实际运行中，分油器套与塞柱在一定的角度相对运动，致使局部磨损严重，尤其考验其套与塞柱间的动密封，密封一旦损坏，就必须停机检修，为葛洲坝电站安全稳定运行带来了隐患；在检修过程中，曾出发现过分油器套出现沙眼，试验中出现大量漏油现象，葛洲坝某机组分油器还出现其连接支管错位，强行安装导致漏油现象，为检修增加很大的工作量。而波纹金属软管具有良好的柔软性和抗疲劳性，使它很容易吸收各种运动变形和循环载荷，尤其在管路系统中有补偿大位移的能力[1]，故而可采用波纹金属软管代替分油器，以减小少运行中的安全隐患，并可以及减轻检修工作量。

1 可行性分析

首先，要用波纹金属软管代替分油器，其工作压力必须能与分油器运行时的油压相匹配，从而满足机组运行的需要。

根据分油器结构设计(见图1)可看出：其过流断面直径为90 mm，为保证开关机过流量需求，根据GB/T 14525-2010 波纹金属软管通用技术条件(以下简称通用技术条件)中表1 常用规格[2]，可选取公称直径(DN)为100 mm的波纹管，其设计压力为4.0 MPa，而葛洲坝调速器设计工作压力也为4.0 MPa，恰好适用，可见波纹金属软管从设计压力这个最关键的因素上来说是完全可以替代分油器的。

图1 分油器设计尺寸

其次，波纹金属软管是否可以代替分油器，还需考查其能否在有限的安装空间补偿接力器往复运动产生的位移。

接力器在工作中，在一定角度范围内做往复摆动，其摆动轨迹见图2，可见接力器摆动角度为16°，横向直线位移为520 mm。

图2 接力器摆动轨迹

为了补偿接力器在往复摆动中的横向位移，波纹管必须保证有一定的长度，其长度取决于其设计最小动态弯曲半径及横向位移[3]，在通用技术条件表9软管最少弯曲次数和最小弯曲半径中查得DN100波纹金属软管最小动态弯曲半径为1 200 mm，最小静态弯曲半径为600 mm。假设将用于补偿接力器摆动横向位移的波纹金属管段安装在接力器轨迹对应弦的垂直平分线上，位于接力器开腔油口正上方，那么，其横向位移的情形如图3所示。

图3 横向位移示意图

则该管段长度可按以下公式计算：

L=πRsθ/90+(KD+L1+L2)

(1)

θ=arcos(1-Y/2Rs)

(2)

式中：L为金属软管长度，mm；Rs为最小动态弯曲半径，mm，取1 200 mm；θ为弯曲角度；K为设计系数(1.0-1.5)，取1.5；D为波纹金属软管直径，mm，取100 mm；L1、L2为金属软管接头长度，mm，采用法兰接头取L1=L2=200 mm；Y为横向位移量，mm，取接力器横向位移的一半则Y=260 mm。

由式(2)可得θ=26.9°，带代入式(1)中可得L=1 676.8 mm，实际安装中可加长该补偿管段以减小软管弯曲角度增大实际动态弯曲半径，延长软管使用寿命，故可取L=1 700 mm。

由此可见用于补偿横向位移的管段并不长，接力器正上方完全有足够空间安装，接力器关腔油口的横向位移比开腔油口小得多，补偿管段长度可按相应减小。在补偿管段到接力器开关油口之间可采用带双法兰的弯管过渡，使弯管与补偿管段连接的法兰水平，保证补偿管段在与弯管连接时不发生弯曲，在补偿管段到与环管相连的软管中间亦采用带双法兰的弯管过渡，保证软管在连接处不发生弯曲，且可作为整个管路的受力点，以便固定管线，弯管角度可根据现场实际情况选择；金属软管选用法兰连接，法兰连接时应选用一端焊接法兰，一端松套法兰，以达到无扭矩安装，防止造成金属软管扭转，降低使用寿命[4]。为了便于运行维护及故障快速处理，可在补偿管段两端各加装1个截止阀，以便在补偿管段损坏时快速更换。