千 鑫 劉香建

（天生橋水力發(fā)電總廠，貴州 興義 562400）

0 引言

天生橋二級(jí)電站共六臺(tái)容量225 MW水輪發(fā)電機(jī)組，每臺(tái)機(jī)組設(shè)有兩臺(tái) 500尾水管排水閥，是由哈爾濱電機(jī)廠生產(chǎn)的具有液壓操作機(jī)構(gòu)的截止閥，主要功用是在機(jī)組檢修時(shí)用來排空蝸殼及壓力鋼管內(nèi)的積水，以便工作人員進(jìn)入完成檢修任務(wù)。其設(shè)計(jì)最大行程為150 mm，閥門自帶一結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)械鎖錠板，鎖錠板主要功能只是防止機(jī)組運(yùn)行時(shí)閥門誤開啟，防止機(jī)組在運(yùn)行過程中尾水管內(nèi)積水直接倒灌進(jìn)入檢修廊道，威脅人身健康以及設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

1 原尾水管排水閥故障介紹

尾水管排水閥設(shè)計(jì)一結(jié)構(gòu)簡單的機(jī)械鎖錠板，其需依靠人工錘擊的方法將閥軸卡住，操作方便，但鎖錠板長期處于相對濕度90%的環(huán)境中，導(dǎo)致其產(chǎn)生嚴(yán)重銹蝕，因此部分機(jī)組的鎖錠板無法投入使用。在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，存在一種可能性，即液壓系統(tǒng)發(fā)生上下腔竄油情況，此時(shí)尾水管排水閥即可能自行開啟，輕則造成機(jī)組水力損失，機(jī)組效率下降，在尾水管排水閥全開的情況下0.2 MPa壓力水將在幾分鐘內(nèi)淹沒檢修廊道，排水泵全部啟動(dòng)并連續(xù)運(yùn)行也無濟(jì)于事，亦可能造成水淹廠房的嚴(yán)重后果。除此之外，該鎖錠板不能限制閥門開度，不利于實(shí)現(xiàn)檢修中安措對閥門開度的要求，僅依靠值班員的經(jīng)驗(yàn)來控制排水流量，且鎖錠板只有防止閥門開啟的功能，不能防止閥門關(guān)閉，而且在機(jī)組檢修時(shí)，曾經(jīng)出現(xiàn)過因閥瓣自重以及液壓系統(tǒng)失壓導(dǎo)致的閥門自關(guān)閉現(xiàn)象，使得尾水管積水上漲至尾水管進(jìn)人門處，危害人身健康以及設(shè)備安全。曾設(shè)想過對閥門整體進(jìn)行更換，但是原尾水管排水閥分段安裝在高度不足2 m的環(huán)境中，閥門總高度為7.045 m，狹小的作業(yè)空間決定了其安裝、拆卸難度非常大。

2 尾水管排水閥流量控制

尾水管排水閥鎖錠裝置主要由行程指示桿、機(jī)械手動(dòng)鎖錠、導(dǎo)向桿等部件組成，活塞操作前，將上導(dǎo)向背帽移至活塞預(yù)開啟行程位置，操作尾水管排水閥控制油路，使活塞緩慢動(dòng)作至預(yù)設(shè)行程位置，這時(shí)上導(dǎo)向背帽會(huì)將鎖錠塊固定在預(yù)設(shè)行程位置，然后將下導(dǎo)向背帽擰緊，鎖緊機(jī)械手動(dòng)鎖錠，從而實(shí)現(xiàn)液壓閥的多行程控制，同時(shí)在排水過程中可以根據(jù)檢修廊道水位情況隨時(shí)調(diào)節(jié)液壓閥至任意行程位置以控制泄水流量。我廠檢修廊道內(nèi)設(shè)置有兩臺(tái)潛水泵，分別為400 m3／h和250 m3／h，一臺(tái)深井泵為550 m3／h，三臺(tái)泵全啟動(dòng)情況下排水流量0.33 m3／s， 500尾水管排水閥開至最大行程150 mm，若排水閥全開恰逢尾水閘門漏水情況，水流會(huì)源源不斷地涌進(jìn)尾水管，通過排水閥進(jìn)入檢修廊道。

假設(shè)水流為理想液體，理想液體的伯努利方程：

式中，Z為單位重量液體從某一基準(zhǔn)面算起所具有的位置勢能；為單位重量液體所具有的動(dòng)水壓能為單位重量液體所具有的動(dòng)能。

通過尾水管排水閥過水?dāng)嗝娴牧魉俜植家话悴皇蔷鶆蛄?，假設(shè)通過尾水管排水閥過水?dāng)嗝娴臑榫鶆蚍植嫉牧魉?，流量?jì)算公式如下：

通過計(jì)算，在尾水閘門漏水且尾水管排水閥全開的最糟糕情況下，排水閥排入檢修廊道內(nèi)的排水流量將達(dá)到6 m3／s，而三臺(tái)泵全啟動(dòng)情況下排水流量只有0.33 m3／s，檢修廊道的容量約900 m3。根據(jù)多年檢修經(jīng)驗(yàn)，基本每年都有一臺(tái)機(jī)組會(huì)出現(xiàn)尾水閘門遭遇異物卡澀漏水的現(xiàn)象發(fā)生，將導(dǎo)致三臺(tái)排水泵不停運(yùn)轉(zhuǎn)，如果將一臺(tái)尾水管排水閥打至全開狀態(tài)，檢修廊道內(nèi)水位幾分鐘內(nèi)將會(huì)上漲起來，這種情況下所帶來的風(fēng)險(xiǎn)是無法承受的。因此，在機(jī)組檢修階段尾水管排水時(shí)，運(yùn)行人員在排水過程中只有通過控制液壓操作系統(tǒng)的閥門開度來控制排水閥接力器行程，以保證排水閥下泄量的大小。這種控制方法難以達(dá)到預(yù)期效果，因此設(shè)計(jì)在缸體上增設(shè)一套操作簡單、多行程控制、具有自鎖功能的機(jī)械鎖錠，運(yùn)行人員在排水過程中可以通過手動(dòng)設(shè)置機(jī)械鎖錠的開度來控制下泄流量，而且在檢修期也不用擔(dān)心由于液壓系統(tǒng)失壓導(dǎo)致的閥瓣本體關(guān)閉，從而使漏水淹沒至尾水管進(jìn)人門。

3 尾水管排水閥鎖錠設(shè)計(jì)

針對我廠盤型閥鎖錠裝置難以操作、無開度限制以及行程指示等缺陷，技術(shù)人員認(rèn)為配置一套安全、操作簡單方便、能夠運(yùn)行在惡劣環(huán)境下的鎖錠裝置是必不可少的，但考慮到尾水管排水閥安裝位置的局限，不可能對排水閥本體進(jìn)行更換，因此只對尾水管排水閥端蓋、活塞背帽、閥軸進(jìn)行改造，不但實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益最大化，而且滿足設(shè)備的運(yùn)行需求。結(jié)構(gòu)改造尺寸（圖1）：第一，將零件1原排水閥的M64厚51 mm鎖緊背帽改為厚度80 mm，使螺母能同時(shí)連接活塞上下兩端軸，當(dāng)活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，直接將活塞運(yùn)動(dòng)行程反映到行程指示桿上；第二，增加零件2，一端車M64螺紋，另一端裝設(shè)行程指示桿的聯(lián)軸；第三，零件3端蓋進(jìn)行改造，在端蓋和聯(lián)軸之間增加間隙密封和兩道O型密封，加強(qiáng)密封效果，而且為了不影響活塞的行程變化，在不改變缸體本體尺寸的情況下，在端蓋下制作 104孔，保證背帽正常運(yùn)動(dòng)；第四，增加行程指示裝置4，更加直觀顯示閥門行程狀態(tài)；第五，增加機(jī)械鎖錠裝置，鎖錠由鎖錠塊、導(dǎo)向桿、導(dǎo)向背帽組成，通過此裝置來實(shí)現(xiàn)尾水管排水閥0～150 mm行程控制。

圖1 鎖錠裝置結(jié)構(gòu)圖

4 鎖錠裝置的特點(diǎn)

（1）為保證閥門在安措中能夠?qū)崿F(xiàn)流量控制，該裝置增加了多行程操作機(jī)構(gòu)，使原來無行程指示以及鎖錠位置單一不能改變行程的尾水管排水閥能在任意行程位置進(jìn)行鎖定，并且有明顯的行程指示，通過控制排水流量來控制檢修廊道的水位高低以及檢修排水泵的運(yùn)行時(shí)間。

（2）鎖錠裝置在原有的防開啟功能基礎(chǔ)上增加了防止關(guān)閉的自鎖功能，滿足機(jī)組檢修和運(yùn)行多種方式，從而提高了機(jī)組運(yùn)行的安全系數(shù)。

（3）對于長時(shí)間處于惡劣環(huán)境中單一狀態(tài)運(yùn)行的閥門來說，其鎖錠裝置祛除了操作復(fù)雜的自動(dòng)化元器件，使得閥門操作簡單，避免了誤操作情況發(fā)生。

5 結(jié)語

目前此鎖錠裝置運(yùn)行較為良好，通過對鎖錠裝置功能的改造，從根本上解決了由于閥門自身缺陷導(dǎo)致的安全問題。對于設(shè)計(jì)存在此類缺陷的電站來說，在不進(jìn)行閥門整體技術(shù)改造的情況下，如何選用比較合理、比較經(jīng)濟(jì)的方式達(dá)到預(yù)期效果是比較難以抉擇的問題，針對實(shí)際問題找出解決方案，才能保證閥門的安全可靠運(yùn)行，本文旨在為遇到同類技術(shù)問題的讀者提供方法上的借鑒。

［1］李建中.水力學(xué)［M］.西安：陜西科學(xué)技術(shù)出版社，2002.

［2］吳宗澤.機(jī)械設(shè)計(jì)實(shí)用手冊［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1999.