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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(duì)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(dòng)試驗(yàn)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(shí)際運(yùn)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(hào):TM622文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):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(gè)梯級(jí)電站,上游與天生橋二級(jí)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(kù)總庫(kù)容2.78億m3,具有日調(diào)
2、節(jié)性能,電站安裝三臺(tái)單機(jī)容量為13.5萬(wàn)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(dòng)操作、電手動(dòng)操作和自動(dòng)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(yùn)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(shí)設(shè)計(jì)為導(dǎo)葉分段
3、關(guān)閉的拐點(diǎn),即第一段為導(dǎo)葉100%開度至20%開度,所需時(shí)間為6.4s,第二段為導(dǎo)葉20%開度至導(dǎo)葉全關(guān),所需時(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(dòng),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(dòng),活塞也隨小活塞一起向下移動(dòng),分段關(guān)閉閥的過流面積達(dá)到最大值,這時(shí)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(diǎn)位置時(shí),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(dòng),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(dòng)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(dòng),分段關(guān)閉閥過流面積減小,處于動(dòng)作狀態(tài),實(shí)現(xiàn)分段關(guān)閉功能。對(duì)于第二段關(guān)閉時(shí)間的長(zhǎng)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(shí)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(shí)過流面積達(dá)到最小值,此時(shí)透平油僅能通過活塞中間的小孔流動(dòng)。當(dāng)在拐點(diǎn)以下開導(dǎo)葉時(shí),來(lái)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(dòng),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(shí)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(dòng)試驗(yàn)(導(dǎo)葉開度約為5%)時(shí),由于頻繁調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度,約40mi
6、n后測(cè)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(shí)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(dòng)試驗(yàn)時(shí)導(dǎo)葉開度為5%,此時(shí)分段關(guān)閉閥處于動(dòng)作狀態(tài),每開一次導(dǎo)葉活塞便上下運(yùn)動(dòng)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(dòng)作時(shí)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(yàn)時(shí),試驗(yàn)人員重點(diǎn)加強(qiáng)了對(duì)分段關(guān)閉閥及其進(jìn)出口管路溫度的監(jiān)測(cè),發(fā)現(xiàn)空載擾動(dòng)試驗(yàn)時(shí),每調(diào)節(jié)一次導(dǎo)葉開度,溫度便會(huì)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(dòng)作摩擦后才會(huì)導(dǎo)致溫度升高,與再次試驗(yàn)時(shí)的監(jiān)測(cè)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(dòng)時(shí),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(shí),溶解于油液中的空氣將大量的被分離出來(lái)形成氣泡,這些氣泡以原來(lái)呈現(xiàn)氣泡狀的空氣泡為核心不斷地生長(zhǎng)長(zhǎng)大形成大氣泡。此外,當(dāng)油液中某局部點(diǎn)的壓力低于當(dāng)時(shí)溫度下的飽和蒸汽壓時(shí),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(lái)充滿在液壓管道或液壓元件中連續(xù)流動(dòng)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(shí),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(qiáng)烈的振動(dòng)和噪聲2。油液中氣泡被壓縮時(shí)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(zhǎng)期承受液壓沖擊和高溫作用,并且從油液中游離出來(lái)的空氣中所含的
9、氧氣也具有較強(qiáng)的氧化作用,造成零部件表面逐漸腐蝕,嚴(yán)重時(shí)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(jì)算平班水電站導(dǎo)葉第一段關(guān)閉時(shí)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(shí)間,必須將第二段關(guān)閉時(shí)的流量調(diào)節(jié)為0.003m3/s,這導(dǎo)致第二段關(guān)閉時(shí)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(dòng)試驗(yàn)過程中關(guān)導(dǎo)葉時(shí),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(shí),來(lái)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(dòng),當(dāng)氣泡半徑達(dá)到極限小時(shí),透平油停止流動(dòng),透平油的動(dòng)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
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