直崗拉卡水電油壓裝置閥組改造分析

丁尚才

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

直崗拉卡水電油壓裝置閥組改造分析

丁尚才

（青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司，青海 尖扎 811999）

摘要：詳細(xì)介紹青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司原油壓裝置系統(tǒng)閥組的工作原理和缺陷，提出改造的計(jì)劃方案，并對(duì)計(jì)劃改造方案的油壓裝置閥組進(jìn)行了工作原理介紹。

關(guān)鍵詞：油壓裝置；缺陷分析；改造；組合閥

1前言

青海大唐國際直崗拉卡水電開發(fā)有限公司位于黃河干流青海省尖扎縣與化隆縣交界處，距上游李家峽水電站壩址7.5km，距青海省西寧市公路里程109km。設(shè)計(jì)總裝機(jī)5臺(tái)38MW的燈泡貫流式機(jī)組，1～4號(hào)機(jī)組于2005年6月～2006年6月相繼投產(chǎn)，5號(hào)機(jī)組2014年5月發(fā)電，設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量7.62億kW·h。

21～4號(hào)機(jī)組原油壓裝置工作原理

1～4號(hào)機(jī)組在近10年的使用期間，油壓裝置故障較多，主要是電機(jī)泵組和閥組故障，經(jīng)分析故障主要由閥組造成，現(xiàn)將原油壓裝置工作原理進(jìn)行介紹并分析設(shè)備缺陷，閥組系統(tǒng)圖見圖1。

圖1原油壓裝置工作原理圖

2.1原油壓裝置配置介紹

為了保證油壓裝置工作的可靠性，每臺(tái)機(jī)組油壓裝置設(shè)有2套電機(jī)泵組（AE1）、（AE2），一套為工

作電機(jī)泵組，另一套為備用電機(jī)泵組，兩者可定期互相切換使用。在特殊的情況下，即當(dāng)工作電機(jī)泵組工作時(shí)，油壓仍繼續(xù)下降直至備用電機(jī)泵組啟動(dòng)的壓力，備用電機(jī)泵組啟動(dòng)。2套電機(jī)泵組也可同時(shí)并聯(lián)運(yùn)行。油壓裝置閥組采用分離式布置，2套電機(jī)泵組公用1套閥組，無冗余配置，閥組中設(shè)有單向閥：（15A）（16A）（20A）、安全閥（10A）、隔離閥（30D）、空載系統(tǒng)閥組：包括感壓閥（30A）和空載閥（40A）。以上閥組主要功能是止回、安全、隔離、卸載，對(duì)電機(jī)泵組和壓力油罐起保護(hù)作用和穩(wěn)定壓力油罐的油壓作用。

2.2原油壓裝置工作過程

以電機(jī)泵組AE1為工作電機(jī)泵組為例介紹工作過程，該套油壓裝置系統(tǒng)采連續(xù)工作制，電機(jī)泵組啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)泵組經(jīng)吸油過濾器（3A、4A）吸油并增壓，此時(shí)，隔離閥在關(guān)閉狀態(tài)，管路無壓，感壓閥的彈簧力使感壓閥P口和A口接通，電機(jī)泵組壓力油經(jīng)單向閥（15A）、（20A），感壓閥P口、A口，閥門（44B）到達(dá)卸載閥Y口，操作卸載閥P口、T口關(guān)閉（如圖1所示位置，此時(shí)電機(jī)泵組也同時(shí)向卸載閥X口供油，由于卸載閥屬于差壓閥，卸載閥P口和T口處于關(guān)閉狀態(tài)），壓力油對(duì)管路進(jìn)行建壓，管路建壓后隔離閥打開，如此時(shí)壓力油罐壓力6.0MPa或低于6.0MPa，卸載閥狀態(tài)不變，P口和T口處于關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)隔離閥打開后，壓力油經(jīng)隔離閥向壓力油罐供油，當(dāng)壓力油罐油壓升至6.3MPa時(shí)，來自電機(jī)泵組和壓力油罐的油壓的操作力大于感壓閥彈簧力，感壓閥動(dòng)作，A口和T口接通，卸載閥Y口排油，卸載閥在X口壓力油作用下動(dòng)作，P口和T口接通，電機(jī)泵組排油卸載，單向閥（20A）關(guān)閉，壓力油罐保壓供系統(tǒng)使用，由于是連續(xù)工作制，電機(jī)泵組繼續(xù)空載運(yùn)行，當(dāng)壓力油罐壓力降至6.0MPa時(shí)，感壓閥的彈簧力大于來自壓力油罐油壓到感壓閥X口的操作力，感壓閥動(dòng)作，P口和A口接通，卸載閥關(guān)閉，電機(jī)泵組向壓力油罐供油，電機(jī)泵組完成一次供油循環(huán)過程。如果電機(jī)泵組啟動(dòng)時(shí)壓力油罐壓力大于6.0MPa，管路建壓后，隔離閥打開，來自壓力油罐的油壓的操作力大于感壓閥彈簧力，感壓閥處于A口和T口接通位置，卸載閥Y口處于排油位置，P口和T口接通，電機(jī)泵組啟動(dòng)便排油卸載，電機(jī)泵組運(yùn)行在空載狀態(tài)等待壓力油罐油壓降至6.0MPa時(shí)繼續(xù)向壓力油罐供油。

2.3原油壓裝置缺陷分析

油壓裝置閥組采用分離式布置，兩套電機(jī)泵組公用一套閥組，無冗余配置，任何一個(gè)閥出現(xiàn)故障都需要停機(jī)處理；電機(jī)泵組每次啟動(dòng)管路建壓時(shí)，由于管路容積有限，電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)]升高多少管路壓力便達(dá)到卸載壓力，一方面電機(jī)出現(xiàn)短時(shí)帶載啟動(dòng)，另一方面在隔離閥未開啟的時(shí)段中，感壓閥和卸載頻繁動(dòng)作，振動(dòng)較大，導(dǎo)致電機(jī)泵組和感壓閥故障多，檢修和更換頻率高；調(diào)速器油箱中管路多且凌亂，造成檢修空間緊張，管路設(shè)計(jì)不合理還曾發(fā)生共振現(xiàn)象；感壓閥無論在電機(jī)泵組加載還是空載狀態(tài)時(shí)都存在不同程度的泄油，由于空載時(shí)感壓閥的控制油來自壓力油罐，間接造成壓力油罐泄壓，導(dǎo)致電機(jī)泵組在運(yùn)行時(shí)加載間隔短，泄油量大時(shí)還造成油溫升高；電機(jī)泵組采用連續(xù)工作制，浪費(fèi)資源。

31～4號(hào)機(jī)組改造油壓裝置閥組介紹

針對(duì)以上問題，在新建的5號(hào)機(jī)組油壓裝置中提出改造意見，不再采用原1～4號(hào)機(jī)組油壓裝置方案，主要改動(dòng)的部分為油壓裝置閥組，由分離式閥組改成組合閥組，5號(hào)機(jī)組新的油壓裝置系統(tǒng)經(jīng)4個(gè)月的運(yùn)行過程至今未現(xiàn)故障，現(xiàn)根據(jù)5號(hào)機(jī)組油壓裝置方案提出對(duì)1～4號(hào)機(jī)組改造方案并加以分析，為1～4號(hào)機(jī)組油壓裝置繼續(xù)改造提供依據(jù)。方案見圖2。

圖2改造方案示意圖

3.1改造內(nèi)容及目的

1～4號(hào)機(jī)組油壓裝置改造內(nèi)容主要集中在閥組改造，其他設(shè)備保留，圖2虛線框內(nèi)設(shè)備為改造后的閥組。閥組計(jì)劃采用TZHF型組合閥，共2套。圖2虛線框內(nèi)除閥門129和131以外屬于組合閥設(shè)備。TZHF組合閥結(jié)構(gòu)簡單，可全程無電參與控制，將原油壓裝置的單向閥、安全閥、感壓閥、空載閥的功能集中在一起，占用空間較小，并增設(shè)了低壓啟動(dòng)閥和先導(dǎo)控制部分，特別采用雙油路液壓時(shí)序控制、優(yōu)化油路組合等技術(shù)，動(dòng)作安全、可靠，可以解決原油壓裝置無冗余、噪聲大、壓力油罐泄壓快、油溫高、管路多且凌亂、浪費(fèi)資源等問題。

3.2改造后油壓裝置閥組工作原理

TZHF型組合閥是由2個(gè)主閥單元及3個(gè)先導(dǎo)控制閥組成。它形成單向主閥系統(tǒng)、低壓起動(dòng)系統(tǒng)、卸荷旁通系統(tǒng)、安全先導(dǎo)系統(tǒng)。在先導(dǎo)閥YV1、YV2、YV3控制下，控制主閥CV1完成開通和關(guān)閉的動(dòng)作，CV2是做為單向截止閥功能的主閥。由于組合閥系統(tǒng)采用先導(dǎo)控制，因此，組合閥工作時(shí)無噪音、無震動(dòng)、運(yùn)行平穩(wěn)。

3.2.1低壓起動(dòng)系統(tǒng)（卸載單元）

由于大功率電機(jī)泵組及電動(dòng)機(jī)所帶負(fù)載大及慣量大，所以，從啟動(dòng)到穩(wěn)定狀態(tài)需要一定的時(shí)間。如果在電機(jī)泵組達(dá)到額定流量之前帶上負(fù)載，則對(duì)電機(jī)泵組、液壓系統(tǒng)均十分不利。并影響泵的使用壽命，造成電站電機(jī)泵組使用故障頻率增加并損壞。采用低壓起動(dòng)閥（卸載閥）可以使電機(jī)泵組起動(dòng)時(shí)處于卸荷狀態(tài)，電機(jī)泵組是在一定時(shí)間內(nèi)逐漸帶上負(fù)載，并在電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后，電機(jī)泵組才能輸出額定工作壓力和流量的壓力油。

卸載單元由電磁低壓起動(dòng)閥YV3和控制主閥CV1組成。電機(jī)泵組啟動(dòng)時(shí)，由于P1的作用，單向閥CV2處于關(guān)閉狀態(tài)。低壓啟動(dòng)閥（卸載閥）YV3在彈簧作用下處于開通狀態(tài)?？刂浦鏖yCV1控制腔無壓力油。電機(jī)泵組壓力油流過CV1主油口回到油箱。隨著電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速增加。P口壓力逐漸上升?？刂朴偷竭_(dá)低壓啟動(dòng)閥（卸載閥）上腔并克服彈簧力使活塞移動(dòng)，關(guān)閉低壓啟動(dòng)閥（卸載閥）。此時(shí)壓力油進(jìn)入CV1控制腔。使CV1關(guān)閉，從而P口壓力大于P1壓力而達(dá)到額定壓力值。單向閥被打開，向壓力油罐供油。當(dāng)停泵后，低壓啟動(dòng)閥又恢復(fù)起始狀態(tài)。

3.2.2卸荷先導(dǎo)系統(tǒng)（旁通卸荷單元）

卸荷先導(dǎo)系統(tǒng)是由卸荷先導(dǎo)閥YV2和控制主閥CV1組成，它是為電機(jī)泵組做連續(xù)運(yùn)行而設(shè)置的（改造后不再采用連續(xù)工作制，該閥可以作為系統(tǒng)安全保護(hù)的第二級(jí)）。

電機(jī)泵組采用連續(xù)工作時(shí)，壓力油罐內(nèi)的壓力隨輸出流量而變化，當(dāng)輸入流量大于輸出流量時(shí)，壓力隨之升高；當(dāng)壓力高于工作壓力上限時(shí)，卸荷先導(dǎo)控制YV2控制腔作用力克服彈簧力而動(dòng)作，切斷來自電機(jī)泵組控制油源，使CV1控制腔泄油，CV1活塞被推開，主油道壓力油隨之排油卸荷，使電機(jī)泵組工作在自循環(huán)狀態(tài)。隨著系統(tǒng)的消耗，壓力油罐內(nèi)油壓逐漸降低，當(dāng)壓力油罐的壓力達(dá)到工作油壓下限時(shí)，卸荷先導(dǎo)閥YV2在彈簧力作用下關(guān)閉，CV1控制腔隨著建壓而關(guān)閉主閥，電機(jī)泵組恢復(fù)向壓力油罐供油。

3.2.3安全先導(dǎo)系統(tǒng)（泄放單元）安全先導(dǎo)系統(tǒng)是由安全先導(dǎo)控制閥YV1和控制主閥CV1組成。安全先導(dǎo)系統(tǒng)是為保證壓力油罐內(nèi)油壓不超過允許值和系統(tǒng)的各環(huán)節(jié)安全運(yùn)行而設(shè)置的泄放裝置，以防止電機(jī)泵組與壓力油罐過載，并保證其安全。

當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，（例如：壓力變送器失靈）電機(jī)泵組仍然運(yùn)轉(zhuǎn)，油壓繼續(xù)升高，當(dāng)壓力作用于先導(dǎo)控制閥YV1的推力大于整定彈簧力時(shí)，則YV1動(dòng)作，使CV1控制腔的油排泄。此時(shí)，在P口壓力作用下主閥CV1被推開，使電機(jī)泵組工作在自循環(huán)狀態(tài)下，壓力油罐及電機(jī)泵組都能保持在額定壓力下工作。

3.2.4單向主閥系統(tǒng)

在壓力油通往壓力油罐前設(shè)有一單向主閥CV2。由于P1壓力的作用，單向主閥處于關(guān)閉狀態(tài)。電機(jī)泵組啟動(dòng)后，經(jīng)低壓起動(dòng)閥（卸載閥）YV3的卸載作用，直到控制主閥CV1關(guān)閉，P口的壓力上升到一定壓力克服CV2單向閥背壓，打開單向閥向壓力油罐充油。

4結(jié)束語

油壓裝置是水電站各系統(tǒng)中的一個(gè)重要系統(tǒng)，特別是采用雙調(diào)節(jié)的電站，由于調(diào)速器用油量大，要求油壓裝置系統(tǒng)必須提供安全、穩(wěn)定、可靠的壓力油源，油壓裝置的閥組是油壓裝置中重要組成部分，選擇組合式閥組不僅安全、穩(wěn)定，而且都是插裝部件，維護(hù)簡單、快捷，可有效減少設(shè)備故障頻率和故障時(shí)間，提高機(jī)組運(yùn)行可靠性。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB/T9652.1-1997水輪機(jī)調(diào)速器與油壓裝置技術(shù)條件[S].

[2]DL/T563-2004水輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置技術(shù)規(guī)程[S].

[3]DL/T496-2001水輪機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)及裝置調(diào)整試驗(yàn)導(dǎo)則[S].

[4]直崗拉卡水電站調(diào)速器油壓裝置運(yùn)行規(guī)程[Z]，2011.

中圖分類號(hào)：TK730.4+2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）12-0053-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.12.019

收稿日期：2014-07-31

作者簡介：丁尚才（1975-），男，助理工程師，從事水電站機(jī)電安裝及相關(guān)設(shè)備技術(shù)管理工作。