郝 亞 鵬， 柯 劍， 陳 勇 旭

(國(guó)電大渡河猴子巖水電建設(shè)有限公司，四川 康定 626005)

1 概 述

猴子巖水電站位于流經(jīng)四川省甘孜州康定縣境內(nèi)的大渡河干流上，是大渡河流域水電22級(jí)開發(fā)方案的第9級(jí)電站，工程開發(fā)任務(wù)主要為發(fā)電。電站裝機(jī)為4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量425 MW，總裝機(jī)1 700 MW。水輪機(jī)額定水頭130 m，最大水頭147.6，最小水頭98.7 m，額定流量363.7 m3/s。機(jī)組安裝有圓筒閥，由6個(gè)接力器操作，采用電氣液壓同步，自4號(hào)機(jī)組投運(yùn)以來(lái)，經(jīng)過(guò)一年的全工況運(yùn)行，在實(shí)踐中得到了檢驗(yàn)，目前運(yùn)行良好。

2 設(shè)置圓筒閥的依據(jù)

猴子巖水電站所在大渡河河段多年平均含沙量352 g/m3，多年汛期(6月～9月)平均含沙量511 g/m3中值粒徑0.059 mm，莫氏硬度大于等于5的硬礦物含量占41.0%，過(guò)機(jī)水流含沙量大，沙質(zhì)硬度高，未避免導(dǎo)水機(jī)構(gòu)遭到嚴(yán)重破壞，設(shè)置圓筒閥就顯得格外重要。

圓筒閥是一種的水輪機(jī)圓筒形進(jìn)水閥門，它關(guān)閉時(shí)閥體處于固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉之間，以截?cái)嗨鳎_啟時(shí)收入頂蓋與上環(huán)之間的空腔，不影響水流流態(tài)，具有結(jié)構(gòu)緊湊重量輕，止水效果明顯的的優(yōu)點(diǎn)。尤其是多泥沙河流或經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后的電站，過(guò)機(jī)泥沙量較大，在高水壓下產(chǎn)生的高速含沙射流高速流過(guò)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)端面間隙與立面間隙、導(dǎo)葉軸領(lǐng)等部位，使之遭到空蝕與磨蝕破壞，從而導(dǎo)致導(dǎo)水葉的漏水量大增，不僅白白損失了水能，還有可能縮短機(jī)組的大修周期，增加人工和設(shè)備材料費(fèi)用。

3 圓筒閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

猴子巖圓筒閥由6個(gè)接力器進(jìn)行操作，油壓系統(tǒng)額定壓力為6.3 MPa，具備壓力下降至4.8 MPa時(shí)在緊急情況下關(guān)閉筒形閥的容量，具備自動(dòng)糾偏能力。筒形閥的裝設(shè)和操作不會(huì)對(duì)水輪機(jī)的運(yùn)行產(chǎn)生不良影響，筒形閥在開啟、關(guān)閉時(shí)不會(huì)誘發(fā)振動(dòng)和共振現(xiàn)象。外部導(dǎo)向裝置能承受最大壓力下產(chǎn)生的臨界失穩(wěn)，并能夠在最大水壓下操作而不至使導(dǎo)向裝置夾住。

猴子巖水電站機(jī)組圓筒閥結(jié)構(gòu)采用哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司的設(shè)計(jì)和加工方案，基本參數(shù)如下：

筒閥外徑 8 330 mm

閥體高度 1 650 mm

閥體厚度 160 mm

筒閥接力器數(shù)量 6個(gè)

筒閥接力器活塞直徑 370 m

筒閥接力器活塞桿直徑 150 mm

筒閥接力器活塞行程 1 509.6 mm

額定油壓 6.3 MPa

筒閥開啟時(shí)間 60～90 s

筒閥關(guān)閉時(shí)間 60～90 s

筒閥同步方式 電氣液壓同步

猴子巖水電站機(jī)組圓筒閥機(jī)械機(jī)構(gòu)主要由閥體、閥體導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、閥體密封、圓筒閥操作接力器、同步控制裝置、油壓裝置等組成。

3.1 閥體

猴子巖圓筒閥閥體由S355J0鋼板卷焊而成，設(shè)計(jì)強(qiáng)度和剛度能夠抵御最大水頭下水輪機(jī)發(fā)生飛逸時(shí)動(dòng)水關(guān)閉的所受的作用力。因?yàn)殡娬疚恢檬苓\(yùn)輸條件限制，閥體采用分半結(jié)構(gòu)分體運(yùn)輸，現(xiàn)場(chǎng)組裝。閥體外徑8 320 mm，壁厚160 mm，高1 650 mm。閥體底邊與頂蓋抗磨板、座環(huán)過(guò)流面圓滑過(guò)渡。

3.2 筒形閥密封

閥體上下的密封面采用鋼板0Cr13Ni5Mo與閥體本體焊接而成，筒形閥的上、下部密封為澆鑄式聚氨酯密封，在頂蓋、底環(huán)處用不銹鋼壓板及螺釘固定，當(dāng)圓筒閥關(guān)閉時(shí)，閥體下密封與底環(huán)上的密封形成密封面，閥體上密封與頂蓋上密封形成密封面以止水。圓筒閥開啟式閥體下環(huán)密封與頂蓋下密封形成密封面，以防止水流冒出增加頂蓋排水量。

3.3 筒形閥導(dǎo)向板

避免閥體在動(dòng)作時(shí)發(fā)生較大的偏移，導(dǎo)致閥體卡死，在座環(huán)上圍板與座環(huán)固定導(dǎo)葉的尾端設(shè)置有導(dǎo)向板，于此同時(shí)在相對(duì)應(yīng)的閥體外圓表面相應(yīng)位置設(shè)置對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向板，通過(guò)螺釘將導(dǎo)向板固定在筒閥閥體上，以實(shí)現(xiàn)圓筒閥的導(dǎo)向。

3.4 筒形閥接力器

筒形閥由6個(gè)圓周分布在頂蓋上的直徑為φ370 mm的直缸接力器來(lái)操作，操作力均傳遞遞到頂蓋上，由頂蓋通過(guò)座環(huán)傳至基礎(chǔ)混凝土。接力器壓力油由主配壓閥控制流向，接力器有桿腔壓力油由主配壓閥經(jīng)流量分配器分流，經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)單元流至6個(gè)接力器有桿腔。無(wú)桿腔的壓力油由主配壓閥經(jīng)過(guò)環(huán)管分配至6個(gè)接力器。圓筒閥動(dòng)作時(shí)，由接力器行程傳感器采集6個(gè)接力器行程，根據(jù)接力器間行程偏差由調(diào)節(jié)單元自動(dòng)控制有桿腔的有流量以達(dá)到糾偏，防止圓筒閥因行程偏差過(guò)大而卡死。

3.5 筒形閥的檢修鎖錠裝置及鎖定位置指示裝置

筒形閥設(shè)有6個(gè)機(jī)械鎖錠，采用6個(gè)M80鎖錠螺桿擰入筒形閥閥體的上端面，在機(jī)組檢修時(shí)，將圓筒閥提升至全開，通過(guò)擰入鎖錠螺母以實(shí)現(xiàn)鎖錠圓筒閥，方便檢修人員進(jìn)出檢查。機(jī)械鎖定裝置均設(shè)有限位開關(guān)，限位開關(guān)布置在鎖錠螺桿護(hù)罩上。

3.6 圓筒閥同步裝置

猴子巖機(jī)組圓筒閥采用電氣液壓同步。由接力器行程傳感器采集6個(gè)接力器行程，根據(jù)接力器間行程偏差由調(diào)節(jié)單元自動(dòng)控制有桿腔的有流量以達(dá)到糾偏，防止圓筒閥因行程偏差過(guò)大而卡死。圓筒閥采用三段式開啟，分別為初始提升(0-3%開度)、中間開啟(3%-97%開度)、緩沖至全開(97%-100%開度)，初始提升和緩沖至全開采用調(diào)節(jié)單元比例閥控制，中間開啟采用主配壓閥控制。圓筒閥正常關(guān)閉采用二段式，第一段采用液動(dòng)單向閥和主配壓閥控制將筒閥關(guān)閉至3%開度，第二段采用調(diào)節(jié)單元比例閥控制緩慢將筒閥全關(guān)。防止圓筒閥閥在全開或者全關(guān)時(shí)發(fā)生撞擊，損壞圓筒閥上密封與下密封。

相比圓筒閥機(jī)械同步裝置，經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)發(fā)展與生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用，電氣液壓同步技術(shù)的可靠性、靈敏性、維護(hù)性大大提高，并且具有具有設(shè)備簡(jiǎn)單、維護(hù)方便的特點(diǎn)。

3.7 壓油裝置

每臺(tái)機(jī)組圓筒閥設(shè)置一套壓油裝置，由3臺(tái)壓油泵、2臺(tái)漏油泵、回油箱、濾油器、壓力油罐、組合閥組等組成。圓筒閥接力器設(shè)置有集油裝置，以收集接力器漏油，并由漏油泵打回壓油裝置回油箱，回油箱內(nèi)設(shè)置過(guò)濾裝置，可將回油及漏油中的物理雜質(zhì)進(jìn)行過(guò)濾，然后由壓油泵打入壓力油罐以供圓筒閥操作使用。

4 筒閥的安裝與調(diào)整

4.1 閥體組裝

由于閥體尺寸較大，為在進(jìn)行閥體組裝時(shí)便于調(diào)整，需在組裝平臺(tái)上設(shè)置6個(gè)高度適中，均勻布置并配置有斜楔的支墩，將分瓣的閥體打磨除銹清理后，放置在斜楔上進(jìn)行組裝，然后利用斜楔調(diào)整其上平面水平滿足要求，然后調(diào)整閥體圓柱度以符合廠家設(shè)計(jì)要求。

4.2 閥體合縫面焊接

閥體在焊接前應(yīng)核實(shí)閥體參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，為監(jiān)視焊接過(guò)程中的閥體的變形量并，在每個(gè)合縫側(cè)附近上下分別裝百分表，為避免閥體受熱不均而產(chǎn)生變形，在焊接時(shí)在兩個(gè)合縫內(nèi)外側(cè)同時(shí)進(jìn)行焊接并及時(shí)消除應(yīng)力，以避免應(yīng)力得不到釋放而產(chǎn)生變形。

4.3 操作機(jī)構(gòu)組裝

當(dāng)閥體組裝完畢，技術(shù)參數(shù)滿足要求后，將水輪機(jī)頂蓋與閥體一起進(jìn)行組裝。組裝前調(diào)整好頂蓋位置，水平和中心，并且將頂蓋從下部墊起以方便人員觀察。將6個(gè)把緊螺栓穿過(guò)頂蓋閥體通道，與閥體上端面把合。把緊螺栓與閥體連接緊固后，將閥體均勻提起，以把合在頂蓋上。由于閥體尺寸較大，圓度和垂直度偏差對(duì)閥體與接力器的安裝產(chǎn)生嚴(yán)重影響閥體的動(dòng)作靈活性，因此在接力器安裝過(guò)程中應(yīng)確保接力器提升桿與閥體端面的垂直度。

4.4 導(dǎo)向板的配創(chuàng)

為避免圓筒閥在動(dòng)作時(shí)失穩(wěn)，在固定導(dǎo)葉的尾端和座環(huán)上圍板上焊接有導(dǎo)向板，同時(shí)在相對(duì)應(yīng)的閥體外圓表面設(shè)置對(duì)應(yīng)的導(dǎo)向板，通過(guò)閥體與固定導(dǎo)葉上導(dǎo)向板的配合實(shí)現(xiàn)圓筒閥的導(dǎo)向，避免閥體在動(dòng)作時(shí)發(fā)生較大的偏移，導(dǎo)致閥體卡死。在將閥體、操作接力器和頂蓋裝配合格后參加導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的預(yù)組裝，組裝完畢后對(duì)圓筒閥進(jìn)行起落試驗(yàn)并測(cè)量導(dǎo)向板和閥體徑向間隙，對(duì)因?yàn)楹附?、打磨和測(cè)量等引起的較大偏差，進(jìn)行必要的打磨處理，以便閥體起能夠動(dòng)作平穩(wěn)，同時(shí)減小閥體與導(dǎo)向板的摩擦。

4.5 同步機(jī)構(gòu)的安裝和調(diào)整

猴子巖機(jī)組圓筒閥采用電氣液壓同步。由接力器行程傳感器采集6個(gè)接力器行程，根據(jù)接力器間行程偏差由調(diào)節(jié)單元自動(dòng)控制，精細(xì)調(diào)節(jié)有桿腔的有流量以達(dá)到糾偏，防止圓筒閥因行程偏差過(guò)大而卡死。在圓筒閥以及接力器全部安裝好后，在圓筒閥全關(guān)與全開位置測(cè)量各接力器的實(shí)際行程，并進(jìn)行標(biāo)定，標(biāo)定后進(jìn)行實(shí)際操作，測(cè)量接力器之間的偏差，根據(jù)偏差修改糾偏參數(shù)，直至滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行需要。

5 筒形閥運(yùn)行與維護(hù)要求

對(duì)筒形閥在非正常工況下的運(yùn)行的記錄及所有對(duì)筒形閥進(jìn)行的檢修及修復(fù)的記錄應(yīng)該進(jìn)行保存，該記錄對(duì)以后筒形閥進(jìn)行的正確檢修及維護(hù)工作具有指導(dǎo)作用。同水輪機(jī)一樣，對(duì)筒形閥進(jìn)行預(yù)防性的檢查、維護(hù)及檢修可以在設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題的早期階段就能發(fā)現(xiàn)，從而避免以后出現(xiàn)破壞性的問(wèn)題，延長(zhǎng)了設(shè)備的使用壽命。

5.1 油系統(tǒng)

設(shè)備用油牌號(hào)為透平油L-TSA46，標(biāo)準(zhǔn)按GB11120。在筒形閥操作之前，所有與油接觸的部件必須徹底清理干凈，不允許有雜質(zhì)異物，所有用油必須經(jīng)過(guò)過(guò)濾。油箱的油應(yīng)保持合適的油位，油位由浮子信號(hào)器監(jiān)控，并定期進(jìn)行檢查。根據(jù)油的清潔程度，油箱應(yīng)定期清理，油過(guò)濾器定期更換。

5.2 筒形閥密封

圓筒閥密封漏水檢查是圓筒閥密封運(yùn)行維護(hù)的重要要求。如果在筒形閥上、下密封處出現(xiàn)過(guò)量的漏水，則必須檢查筒形閥的密封和密封表面。檢查必須在筒閥全開時(shí)進(jìn)行，先檢查筒形閥下部密封，確定密封是否被不銹鋼壓板在正確的位置緊壓住，如果有松動(dòng)，將壓板螺釘把緊，同時(shí)檢查密封的型線是否被泥沙等異物損壞，將氣蝕、銹蝕引起的損壞等異常情況作記錄，與制造商協(xié)商進(jìn)行修復(fù)。如果筒形閥上部密封不銹鋼密封壓板有松動(dòng)，需將壓板螺釘把緊。如果需要檢查整個(gè)上部密封，則需要將筒形閥上部密封拆除后才能進(jìn)行檢查。

5.3 筒形閥導(dǎo)向板的更換

在檢查筒形閥導(dǎo)向板之前，應(yīng)將整個(gè)機(jī)組的水排空。先將筒形閥處于全開位置及鎖錠狀態(tài)，通過(guò)蝸殼進(jìn)人門進(jìn)到流道內(nèi)，觀察固定導(dǎo)葉上的不銹鋼板的表面，記錄氣蝕、銹蝕引起的損壞情況。然后撤除筒形閥的鎖錠，將筒形閥由全開位置落到全關(guān)位置，觀察筒形閥整個(gè)全行程的運(yùn)動(dòng)并記錄導(dǎo)向板之間任何異常的接觸情況。將筒形閥落在全關(guān)位置，用塞尺測(cè)量筒形閥閥體上的青銅導(dǎo)向板與固定導(dǎo)葉上的不銹鋼導(dǎo)向板之間的間隙。設(shè)計(jì)的間隙值為1.0～1.2mm，如果測(cè)得的間隙值過(guò)大，則應(yīng)更換閥體上的青銅導(dǎo)向板。在更換筒形閥導(dǎo)向板之前，筒形閥應(yīng)吊出機(jī)坑外，此時(shí)也可以通過(guò)補(bǔ)焊來(lái)修復(fù)固定導(dǎo)葉上的不銹鋼導(dǎo)向板。與制造商聯(lián)系確定修復(fù)的程序。

5.4 筒形閥接力器

接力器的檢查包括接力器密封、活塞桿及與筒形閥閥體相連接的接頭的檢查。密封的漏油可以在接力器的下部密封排污口處觀察到。檢查接力器活塞桿與閥體相連接處是否處于合適的狀態(tài)，并檢查表面油漆的情況。通過(guò)將筒形閥從全開運(yùn)動(dòng)到全關(guān)，檢查接力器的漏油情況及筒形閥同步機(jī)構(gòu)的功能，同時(shí)還應(yīng)檢查安裝在接力器上的位移傳感器的工作情況。

6 使用效果

(1)猴子巖水電站機(jī)組停機(jī)時(shí)，圓筒閥關(guān)閉后導(dǎo)葉漏水漏水量明顯減小，能夠發(fā)揮其良好的止水性能，減有效減小了機(jī)組的水量損失。

(2)在機(jī)組運(yùn)行期間縮人頂蓋和座環(huán)之間的空間內(nèi)，未破壞流道斷面，因此，對(duì)水流基本不產(chǎn)生影響，對(duì)機(jī)組效率影響可以忽略不計(jì)，并能明顯減小因漏水對(duì)導(dǎo)葉端面、立面、軸領(lǐng)的空蝕與磨蝕。

(3)由于圓筒閥采用電氣液壓同步，采用4-24 mV電壓控制，對(duì)電源、油質(zhì)要求較高，加大圓筒閥運(yùn)行維護(hù)就顯得尤為重要。

7 結(jié) 語(yǔ)

隨著技術(shù)的發(fā)展，圓筒閥的設(shè)計(jì)、制造、安裝、自動(dòng)控制技術(shù)有了很大進(jìn)步，圓筒閥的可靠性、實(shí)用性有了極大地提高，在為新投電站提高效益的同時(shí)，我國(guó)較早投運(yùn)的大型電站逐漸進(jìn)入機(jī)組改造期，圓筒閥技術(shù)的使用將會(huì)得到更加廣泛地使用。通過(guò)合理開展定期檢查、月度維護(hù)保養(yǎng)和年度詳查，開展筒形閥開、關(guān)時(shí)的情況及同步試驗(yàn)、位移傳感器性能校核、過(guò)濾器清掃，及時(shí)掌握筒形閥氣蝕、銹蝕及上下密封情況，基本能夠滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行要求，確保實(shí)現(xiàn)圓筒閥各項(xiàng)功能。