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特大口径新型重锤型进水阀的实际应用
 
慧聪网   2005年10月26日10时45分   信息来源:《通用机械》2005年第6期    

    一、概 述

    进水阀是指装在靠近水轮机进口的阀门,多位于压力水管的末端、蜗壳 ( 或分流管 ) 的进口 ( 或出口 ) 。当一根输水总管(或一条输水隧洞)供给几台水轮机用水,一般应在每台水轮机前设置进水阀,以便在一台机组检修时,关闭该机组的进水阀,而不影响其他机组的正常运行。

    进水阀的作用主要体现在以下几个方面:岔管引水的水电站机组停机检查或检修时,在静水中关闭阀门,切断水流;机组长时间停机时,切断水流,以减少导叶、喷针漏水及因导叶漏水引起的电能损失和减轻间隙空蚀损坏;事故情况下,在动水中紧急动水关闭,切断水流,防止事故扩大。

    丰满发电厂水利枢纽工程位于吉林省第二松花江的中游,是以发电为主,同时具有防洪、灌溉、养殖、城市及工业用水等综合经济效益的大型水利枢纽。工程始建于 1937 年, 1943 年第一台机组发电,到 1960 年一期工程 8 台机组全部安装完毕,目前装机容量已超过 1 000MW 。水轮机进水阀公称通径达 5 300mm ,电站最大水头为 69m ,流量高达 162m 3 /s 。

    一期工程采用的进水阀为国外引进产品,服役期已超过 60 年,其结构型式、制造工艺已比较落后,电站运行维护成本的日益增高和存在的安全隐患促使对其进行更换和改造已成为一项相当紧迫的任务。由于进水阀口径较大,为国内目前最大口径水轮机进水蝶阀,在制造上存在较大难度,丰满发电厂、工程设计单位及有关国家主管部门经过公开招标、组织专家进行认真评审,最后决定选用长沙市阀门厂设计制造的新型重锤式进水阀代替原引进型老式进水阀。

    长沙市阀门厂有 40 多年设计、制造阀门的历史,在大口径蝶阀领域有丰富业绩和工程经验。其设计、制造的新型重锤式进水阀采用断轴结构,卧轴水平布置,相对引进产品主要在以下方面有重大改进和创新:

   ( 1 )引进型产品采用单偏心结构,关阀动力主要由大容量液压电动机组直接起动提供,且不能实现动水关阀的功能,安全可靠性相对较低,特别是在机组出现紧急情况时,不能很好地起到保护机组、防止事故扩大的作用。而新型进水阀原理上采用重锤蓄能,结构上采用双偏心设计,可以在任何工况下不需起动液压泵动水关阀,为电厂的安全运行提供可靠的保障。

   ( 2 )引进产品液压系统为低压系统,额定压力仅为 4MPa ,且控制原理复杂,液压元件多;而新型进水阀液压系统为中压系统 , 额定压力为 16MPa, 大大减少了操作液压缸及驱动装置的体积,缩小了占地空间。另外新型重锤式进水阀液压原理简单、元件少而精,液压控制系统的可靠性大大提高。

   ( 3 )引进产品主密封采用传统的空气围带密封,存在维护困难,主密封漏水量大,可靠性低等缺点;而新型进水阀采用优质实芯橡胶密封,完全消除了上述缺陷,主密封可以达到零泄漏。

   ( 4 )引进型产品阀板采用铁饼式铸造结构,而新型进水阀完全采用双平板过流式拼焊结构,大大降低了阀门的流阻系数、改善了管道内介质的流态,充分利用了电站水头资源,有利于提高电厂的综合经济效益。进水阀主要参数如下表所示。

表 进水阀主要参数表

公称通径 /mm

公称压力 /MPa

连接型式

开阀时间 /s

关阀时间 /s

工作介质

工作温度 /℃

流阻系数

5 300

1.0

双法兰

120~180

60~120

0~40

0.12

    二、 技术特点

    新型重锤式进水阀采用现代设计方法、应用阀门行业最新技术成果,有如下主要技术特点:

    (1) 关阀动力由重锤势能提供,关阀操作更可靠,关阀参数更稳定,不随时间发生漂移。

    (2) 驱动装置采用对称布置形式,进水阀操作力矩从两侧输入,进水阀长轴、短轴均分系统载荷,改善了阀门各部件的受力状态,系统的可靠性更高。

    (3) 阀板为桁架结构、迎水面为流线形,有效的降低了流体流动时的阻力,改善了流体的流态,进水阀节能效果更理想。

    (4) 关阀操作不需动力电源,能有效节约电能。

    三、结构

    进水阀由阀门本体和成套系统两个部分组成。阀门本体包括阀体、阀板、阀轴、主密封、轴封、驱动装置、液压系统、电气系统等部件。成套部分包括阀前带法兰短管、伸缩节、阀后带法兰短管、蜗壳进入门、空气阀、排污阀、旁通阀及其检修阀等。

    1.阀体

    阀体采用桁架式垂直分瓣结构、分瓣面利用密封胶条和特种密封胶防止泄漏。阀体内壁涂刷 ZF — 101 重防腐涂料加强本体对微生物、弱酸、弱碱的腐蚀性,提高进水阀的耐蚀性能。

    2.阀板

    阀板采用双平板过流式拼焊结构,有效增大了有效截面系数;阀板轴孔中心线相对外圆中心线偏移一个距离,形成二偏心,进水阀动水关闭时能利用水的压力产生一个大的二偏心力矩,实现阀门的可靠关闭。

    3.主密封

    主密封副由优质实芯耐油橡胶条和阀体上不锈钢密封面组成。实芯橡胶条通过压板压紧在阀板密封槽内,通过调节压板螺钉变化密封胶条的伸出量和密封比压,实现可靠密封。密封胶条采用优质胶料加入特殊添加剂作硫化处理,硬度、强度高,使用寿命长。由于主密封采用橡胶材料,维护简单、更换方便。

    4.轴封

    轴封采用多重密封结构。第一组轴封安装在阀体近内膛侧,由 Yx 密封圈和 O 形密封圈组成, Yx 圈用于防止泥沙等大颗粒杂质进入滑动轴承; O 形密封圈有两道 , 有效阻止外泄漏;第二组轴封安装在阀体外侧,由一组 A 型 V 形组合密封环组成,具有压力自补偿和弹性自补偿的特点,应用这种组合密封技术,轴封为零泄漏。轴封安装在单独的填料座上,调整方便、更换简单。

    5.液压系统

    液压系统采用双液压泵、双电动机冗余系统,平时只有一台液压泵工作,当另一台液压泵出现故障时,配合可编程序逻辑控制器 PLC 实现的容错功能,可以自动实现工作液压泵的切换。

    液压缸属单作用摇摆直缸结构,只在无杆腔引入压力油,控制液压缸发生外泄漏的难度降低,可以实现零外泄漏。

    液压系统原理简单、控制元件少而精、高度集成。蓄能装置采用一个机械弹簧式蓄能器,容积小,用于补充系统的微量内泄漏,保持系统压力平衡,不向系统提供开、关阀力矩,不需充高压氮气,大大提高了系统的可靠性。

    6.电气系统

    电器系统中 PLC 为中央控制单元、它联接各种继电器、接触器实现整个系统的自动控制。 PLC 是为工业环境设计的计算机控制系统,具有高的稳定性,能在恶劣的工业环境中可靠工作; PLC 的逻辑程序易于编制,能根据现场实际情况进行快速更改和修正。另外,利用 PLC 提供的物理通信接口,配置适当的通信协议,也很轻松的实现与中控室计算机的通信,实现远程自动控制,能满足电站“无人值班、少人值守”的电厂自动化控制要求。

    四、操作及应用

    1.现地开关阀

    现地开关阀主要用于设备安装和检修时的调试工作。

    操作就地控制柜上开阀按钮,经 PLC 处理后控制液压泵电动机起动,向液压系统中输入高压液压油,拔出锁定销,然后液压能驱动液压缸和执行机构,带动阀轴旋转,全开后锁定销投入,阀门保持在全开位置,液压系统向蓄能器充油至额定压力后发出停液压泵电动机信号,开阀操作结束。

    操作控制柜上关阀按钮,系统发出关阀指令,控制锁定电磁阀动作,拔出锁定销,锁定销到位后给出指令,关阀电磁阀导通,系统开始卸荷,阀门在重锤的作用下按程序关闭,全关后给出电信号,关阀过程结束。

    2.远程自动开关阀

    远程自动开关阀实现正常运行时与水轮机系统的联动。

    将控制柜上的远程 / 就地选择开关切换到远程位置,当中控制室计算机发出控制指令开阀时,进水阀就地控制装置接受到开阀指令,启动电动旁通阀开始平压,当平压至 30% 时,差压控制器给出开阀信号,系统自动完成开阀操作。全开后关闭旁通阀。

    当中控室计算机发出关阀指令后,进水阀自动完成拔销操作,随后关阀电磁阀导通,液压系统开始卸荷,阀门逐渐关闭至全关。

    3.紧急关阀

    当机组发生事故时,中控室发出关阀信号,进水阀就地控制装置接收后自动解除机械锁定销,进水阀按调定的程序及时间至全关,可靠的保障水轮机和管网的安全。

    4.手动操作

    当进行检修或不具备自动开阀的条件时,手动拔出锁定销,摇动手摇泵,就可完成开阀操作。手动拔出锁定销,打开手动阀,液控蝶阀即可按预先调定好的程序关阀。

    五、应用现状

    丰满电厂目前装备了一台由长沙市阀门厂设计制作的特大口径新型重锤式进水阀,已完成阀门的安装调试并投入试运行,目前使用情况很好。蝶阀经过了就地开、关阀,远程程序自动开、关阀,动水关阀等工况的运行测试,阀门各部件强度、刚度设计合理,没有发生有害永久变形;阀门动作正常,开关阀时间参数均能满足工况要求;主密封效果好,达到零泄漏级别;能准确接受中控室发出的控制指令,实现与水轮发电机组的联动控制。

    六、结束语

    新型重锤式液控蝶阀作为水轮发电机组的重要设备,已在国内外各大中型电站得到了广泛应用。由于在产品结构、原理和性能上具有显著的优势,大型卧轴、双平板、新型重锤式进水阀今后将在各电站得到更广泛的应用,成为水轮机进水阀市场的主流产品,为我国水力发电事业做出新贡献。

 
作者:长沙市阀门厂 胡平 聂晓春 童应彪 邹乐陶 
 
 
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