平班水電站調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥溫度升高分析

1、平班水電站調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥溫度升高分析摘要：通過對平班水電站調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥結(jié)構(gòu)、工作原理的分析，結(jié)合液壓系統(tǒng)中常見的氣穴現(xiàn)象及其危害，最終判斷出引起#3機(jī)組調(diào)速器空載擾動試驗過程中分段關(guān)閉閥溫度升高的原因，并結(jié)合平班水電站調(diào)速系統(tǒng)的控制邏輯及實際運行情況，制定出初步解決該問題的措施。關(guān)鍵詞：分段關(guān)閉閥；結(jié)構(gòu)；溫度升高；原因；危害；措施中圖分類號：TM622文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1引言平班水電站位于廣西壯族自治區(qū)與貴州省界河-南盤江上，是紅水河綜合利用規(guī)劃的第三個梯級電站，上游與天生橋二級電站尾水銜接，下游與龍灘水電站正常蓄水位銜接，正常蓄水位440m，水庫總庫容2.78億m3，具有日調(diào)

2、節(jié)性能，電站安裝三臺單機(jī)容量為13.5萬kW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組。機(jī)組調(diào)速器為自復(fù)中型雙可編程微機(jī)調(diào)速器，具備機(jī)械手動操作、電手動操作和自動操作三種方式，其機(jī)械液壓部分由電液轉(zhuǎn)換裝置、主配壓閥、事故配壓閥、緊急停機(jī)電磁閥、分段關(guān)閉裝置、油過濾器、管路等組成。本文通過平班水電站調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉裝置的結(jié)構(gòu)及原理等方面分析了#3機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥運行中溫度升高的原因。2平班水電站調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉裝置結(jié)構(gòu)及工作原理2.1分段關(guān)閉裝置的作用分段關(guān)閉裝置的作用是組停機(jī)過程中使導(dǎo)葉分段關(guān)閉，以保證機(jī)水輪機(jī)轉(zhuǎn)速上升和流道壓力上升在規(guī)定的范圍內(nèi)。平班水電站導(dǎo)葉分兩段關(guān)閉，將導(dǎo)葉20%開度時設(shè)計為導(dǎo)葉分段

3、關(guān)閉的拐點，即第一段為導(dǎo)葉100%開度至20%開度，所需時間為6.4s，第二段為導(dǎo)葉20%開度至導(dǎo)葉全關(guān)，所需時間為10s。2.2分段關(guān)閉裝置的結(jié)構(gòu)平班水電站調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉裝置由分段關(guān)閉閥、分段關(guān)閉先導(dǎo)閥及控制管路組成，分段關(guān)閉先導(dǎo)閥為兩位四通液壓閥，用于控制分段關(guān)閉閥活塞的上升及下降，分段關(guān)閉閥在導(dǎo)葉第二段關(guān)閉過程中實際起到節(jié)流閥的作用。2.3分段關(guān)閉裝置的工作原理平班水電站調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥安裝于導(dǎo)葉接力器開腔油管上，當(dāng)開導(dǎo)葉時壓力油自主配壓閥經(jīng)分段關(guān)閉閥進(jìn)入導(dǎo)葉接力器開腔，關(guān)閉導(dǎo)葉時導(dǎo)葉接力器開腔內(nèi)的透平油自分段關(guān)閉閥經(jīng)主配壓閥（事故停機(jī)時經(jīng)事故配壓閥）回流至回油箱。圖1所示分段關(guān)閉裝

4、置為復(fù)歸狀態(tài)（導(dǎo)葉開度為第一段），此時安裝于導(dǎo)葉接力器活塞桿上的滑塊脫離分段關(guān)閉先導(dǎo)閥，分段關(guān)閉先導(dǎo)閥閥芯在彈簧作用下向上移動，壓力油接通控制油管1，控制油管2接通回油，分段關(guān)閉閥小活塞在壓力油作用下向下移動，活塞也隨小活塞一起向下移動，分段關(guān)閉閥的過流面積達(dá)到最大值，這時可以以較快的速度關(guān)閉導(dǎo)葉；當(dāng)導(dǎo)葉關(guān)閉至拐點位置時，安裝于導(dǎo)葉接力器活塞桿上的滑塊重新接觸到分段關(guān)閉先導(dǎo)閥，使先導(dǎo)閥閥芯向下移動，壓力油接通控制油管2，控制油管1接通回油，分段關(guān)閉閥小活塞向上移動直至頂?shù)秸{(diào)節(jié)桿，活塞在壓力油及彈簧作用下也向上移動，分段關(guān)閉閥過流面積減小，處于動作狀態(tài)，實現(xiàn)分段關(guān)閉功能。對于第二段關(guān)閉時間的長短

5、需要通過調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)桿進(jìn)行調(diào)整，調(diào)節(jié)桿向上調(diào)節(jié)時分段關(guān)閉閥的過流面積減小，當(dāng)調(diào)節(jié)至活塞上端面接觸到閥體時過流面積達(dá)到最小值，此時透平油僅能通過活塞中間的小孔流動。當(dāng)在拐點以下開導(dǎo)葉時，來自主配壓閥的壓力油進(jìn)入分段關(guān)閉閥，活塞在壓力油作用下向下移動，分段關(guān)閉閥過流面積達(dá)到最大值，主配壓閥關(guān)閉后活塞上下腔壓力平衡，活塞在彈簧作用下重新頂?shù)叫』钊幕钊麠U，所以分段關(guān)閉閥僅在第二段關(guān)閉導(dǎo)葉時起到節(jié)流作用。圖1：平班水電站分段關(guān)閉裝置結(jié)構(gòu)及原理圖3平班水電站調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥溫度升高現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)2012年1月平班水電站#3機(jī)組檢修后進(jìn)行調(diào)速器空載擾動試驗（導(dǎo)葉開度約為5%）時，由于頻繁調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度，約40mi

6、n后測量分段關(guān)閉閥及其進(jìn)出口管路溫度發(fā)現(xiàn)其溫度已上升至56，而當(dāng)時調(diào)速系統(tǒng)的油溫約32。4平班水電站調(diào)速系統(tǒng)分段關(guān)閉閥溫度升高原因分析4.1機(jī)械裝配方面的原因調(diào)速器空載擾動試驗時導(dǎo)葉開度為5%，此時分段關(guān)閉閥處于動作狀態(tài)，每開一次導(dǎo)葉活塞便上下運動一次，初步判斷為活塞與活塞缸配合間隙過小，間隙之間未產(chǎn)生油膜，活塞頻繁動作時因摩擦產(chǎn)生熱量，從而導(dǎo)致分段關(guān)閉閥溫度升高。但在分解分段關(guān)閉閥后檢查活塞及活塞缸未發(fā)現(xiàn)磨損、劃傷等現(xiàn)象，可基本排除因機(jī)械裝配原因造成的溫度升高。再次試驗時，試驗人員重點加強了對分段關(guān)閉閥及其進(jìn)出口管路溫度的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)空載擾動試驗時，每調(diào)節(jié)一次導(dǎo)葉開度，溫度便會有明顯的上升。若

7、為機(jī)械裝配原因，分段關(guān)閉閥閥芯需多次動作摩擦后才會導(dǎo)致溫度升高，與再次試驗時的監(jiān)測結(jié)果不符，這也進(jìn)一步排除因機(jī)械裝配造成溫度升高的原因。4.2氣穴引起的溫度升高4.2.1氣穴現(xiàn)象的概念油液中不可避免地含有一些空氣，一部分呈氣泡狀態(tài)，一部分溶于油液中，油液溶解空氣的能力與油液的壓力成正比，在常溫和大氣壓下，一般礦物油能溶解約6%12的空氣。當(dāng)液壓系統(tǒng)中的油液流動時，流速高的區(qū)域壓力很小，當(dāng)壓力小于工作溫度下油液的空氣分離壓時，溶解于油液中的空氣將大量的被分離出來形成氣泡，這些氣泡以原來呈現(xiàn)氣泡狀的空氣泡為核心不斷地生長長大形成大氣泡。此外，當(dāng)油液中某局部點的壓力低于當(dāng)時溫度下的飽和蒸汽壓時，油液

8、將沸騰氣化，也在油液中形成氣泡。上述兩種情況形成的氣泡混雜在油液中，使原來充滿在液壓管道或液壓元件中連續(xù)流動的油液成為不連續(xù)狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為氣穴（或空穴）現(xiàn)象1。4.2.2氣穴的危害油液中產(chǎn)生的氣泡進(jìn)入高壓區(qū)時，在高壓的作用下急劇收縮，氣泡中心將產(chǎn)生很高的壓力，直至氣泡潰滅，在潰滅中心可產(chǎn)生150200MPa的壓力，局部壓力的急劇升高發(fā)生在一瞬間，以壓力波的形式向四周傳播，沖擊管路或液壓元件，產(chǎn)生強烈的振動和噪聲2。油液中氣泡被壓縮時放出大量熱量，局部燃燒氧化液壓油，造成液壓油的劣化變質(zhì)。液壓系統(tǒng)中氣穴發(fā)生部位的管壁和液壓元件表面長期承受液壓沖擊和高溫作用，并且從油液中游離出來的空氣中所含的

9、氧氣也具有較強的氧化作用，造成零部件表面逐漸腐蝕，嚴(yán)重時剝落成小坑，呈蜂窩狀，使元件的力學(xué)性能和使用壽命降低。4.2.3分段關(guān)閉閥氣穴現(xiàn)象引起溫度升高的分析經(jīng)計算平班水電站導(dǎo)葉第一段關(guān)閉時分段關(guān)閉閥內(nèi)的透平油流量為0.02m3/s，為保證導(dǎo)葉第二段關(guān)閉時間，必須將第二段關(guān)閉時的流量調(diào)節(jié)為0.003m3/s，這導(dǎo)致第二段關(guān)閉時需將分段關(guān)閉閥的過流面積調(diào)節(jié)至極小，當(dāng)在空載擾動試驗過程中關(guān)導(dǎo)葉時，流經(jīng)分段關(guān)閉閥的透平油流速升高，壓力降低，因而產(chǎn)生節(jié)流氣穴，產(chǎn)生的氣泡聚集在分段關(guān)閉閥至主配壓閥之間的管路內(nèi)。當(dāng)開導(dǎo)葉時，來自主配壓閥的壓力油流經(jīng)分段關(guān)閉閥，聚集在分段關(guān)閉閥至主配壓閥之間的管路內(nèi)的氣泡急劇收縮，氣泡表面和表面外的透平油以很高的速度向氣泡中心流動，當(dāng)氣泡半徑達(dá)到極限小時，透平油停止流動，透平油的動能有一部分轉(zhuǎn)化為熱能，使周圍透平油溫度升高，溫度升高后的透平油進(jìn)入分段關(guān)閉閥與導(dǎo)葉接力器之間的管路。但在做調(diào)速