小灣機組大軸中心補氣閥防漏水裝置的研究及應用

劉啟文（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南　大理 675702）

小灣機組大軸中心補氣閥防漏水裝置的研究及應用

劉啟文
（華能瀾滄江水電股份有限公司小灣水電廠，云南大理 675702）

通過對小灣機組運行過程中大軸中心補氣閥存在問題的分析、研究，制造出一套有效可靠防止大軸補氣閥漏水裝置，該裝置可以有效防止機組尾水倒灌。防漏水裝置各項功能經(jīng)過工廠及現(xiàn)場試驗的驗證，現(xiàn)已成功安裝并使用于小灣水電站的3臺機組上。

補氣閥；防漏水裝置；研究；應用；小灣水電站

0　概述

小灣水電站位于云南省鳳慶縣與南澗縣交界的瀾滄江上，電站距昆明約456 km。壩址多年平均流量1 210 m3/s，設計引用流量2 190 m3/s。工程正常蓄水位1 240 m。水庫總庫容為149.14億m3，有效庫容為98.95億m3，水庫具有不完全多年調(diào)節(jié)能力。電站地下廠房內(nèi)裝有6臺單機容量為700 MW的水輪發(fā)電機組，電站多年平均發(fā)電量為189.9億kW·h。小灣水電站以500 kV電壓等級接入電力系統(tǒng)，在系統(tǒng)中擔任調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用。

為了滿足水輪機在部分負荷工況下穩(wěn)定運行和機組甩負荷時的補氣需要，小灣機組均設置了大軸中心孔補氣裝置。補氣閥設在發(fā)電機軸頂端，在尾水管中產(chǎn)生回旋渦帶和真空時能補入必要的自由空氣量，降低尾水壓力脈動。補氣閥設計開啟力為978.6 N（100 kg），閥門全開最大行程150 mm，補氣閥閥芯安裝高程999.38 m。

1　機組大軸中心補氣閥現(xiàn)狀及原因分析

（1）正常情況。機組正常運行時，尾水真空度達到能克服補氣閥彈簧力時，補氣閥閥芯打開，從廠房上游側(cè)夾墻內(nèi)預埋補氣管口進氣通過機組段連接的進氣管進入補氣閥，直至機組尾水?？紤]到機組尾水位高于補氣閥安裝位置高程時，閥芯關(guān)閉過程會有少量的尾水進入到補氣閥閥筒內(nèi)，在機組轉(zhuǎn)動離心力作用下，閥筒內(nèi)積水沿筒內(nèi)壁爬高，經(jīng)止梳齒間隙進入接水箱，由連接管道排至廠房滲漏集水井。

（2）非正常情況。當下游尾水位高于機組大軸中心補氣閥閥芯安裝高程、機組大軸中心補氣閥關(guān)閉不到位或發(fā)卡及機組處于停機狀態(tài)，3個條件同時具備時，機組尾水將通過補氣閥向上涌出，小量的水經(jīng)過梳齒密封（間隙為2 mm左右）節(jié)流減壓后通過補氣閥排水管排至廠房滲漏集水井中。大量的水經(jīng)過大軸補氣管經(jīng)補氣管的進氣口排至廠房上游側(cè)夾墻內(nèi)，再由上游側(cè)夾墻上的百葉窗、風機口流向機組段各層。

（3）事故。2014年8月進行閘門及水力學原型試驗期間，尾水位達1 003.02 m。由于1號機組補氣閥發(fā)卡，導致尾水倒灌，從上游側(cè)夾墻上的百葉窗、風機口流向技術(shù)供水設備層、蝸殼層，監(jiān)控系統(tǒng)報出“1、2號機組盤型閥層水災報警”信號。由于及時發(fā)現(xiàn)事故，并作出正確判斷及處理，事故未造成嚴重后果。

2　改進措施研究

鑒于補氣閥在上述非正常情況下存在極大安全隱患，小灣水電廠決定對補氣閥裝置進行改進。通過大量市場調(diào)研及水電行業(yè)內(nèi)溝通了解，沒有找到成熟經(jīng)驗可以借鑒。后經(jīng)自主創(chuàng)新，聯(lián)合廠家共同研究設計制造出一套安裝在大軸補氣閥閥芯行程室內(nèi)的實用新型防補氣閥漏水裝置（多孔浮球閥），見圖1。

實用新型防補氣閥漏水裝置的工作原理是在機組電站處于停機狀態(tài)時，電站尾水位＞999.38 m高程時，遇補氣閥發(fā)卡或其閥盤密封失效，本結(jié)構(gòu)裝置有利于防止尾水倒灌，相當于多增加一道密封。當機組運行、尾水真空度達到補氣值時，對補氣閥動作打開補氣無影響；當尾水位＞999.38 m高程時，7個不銹鋼浮球在水浮力的作用下升高，堵住閥室上部開孔而實現(xiàn)密封作用；當機組運行、尾水真空度達到補氣值時，補氣管內(nèi)尾水位下降，浮球由于自重落下至底部緩沖組件，實現(xiàn)補氣通道暢通，補氣閥打開補氣。

本防漏水裝置的特點：①同樣的外徑，多孔浮球閥過流面積大，補氣阻力??；②采用多個較小的浮球，每個浮球迎水面積小，抗水錘能力強；③浮球較小球面曲率好，密封口直徑較小，密封性能好；④多孔浮球閥軸向長度短，重量輕，可減小因動平衡不好引起機組的振動。

3　過氣面積復核及嚴密性試驗

（1）過氣面積復核。為確保防漏水裝置不造成對機組尾水補氣的影響，對防漏水裝置各位置的過氣面積進行復核計算。結(jié)果為①φ400 mm補氣管通徑面積為125 664 mm2；②防漏水裝置上部7個φ150 mm密封孔面積為123 700 mm2；③防漏水裝置內(nèi)部最狹窄處面積為127 147 mm2；④防漏水裝置底部過氣孔面積為133 223 mm2。經(jīng)計算，該防漏水裝置可與φ400 mm補氣管通徑匹配，不會對機組補氣造成影響。

圖1　實用新型防補氣閥漏水裝置示意

（2）嚴密性試驗。在工廠加工制造出廠前模擬機組現(xiàn)場條件，進行了嚴密性試驗，試驗合格?，F(xiàn)場安裝調(diào)整完畢后，分三個壓力等級（0.02、0.04、0.08 MPa）做真機試驗，分別保壓30 min無滲漏，試驗合格。

4　結(jié)語

通過對補氣閥及防漏水裝置各部位過氣面積復核，防漏水裝置與補氣閥及補氣管通

徑匹配，不會對機組補氣造成影響。通過嚴密性試驗驗證了在小灣水電站高尾水位覆蓋范圍內(nèi)（正常高尾水位997.19 m，五年一遇洪水為1 003.59 m），本防漏水裝置密封性能合格。至2015 年4月，改進后的防漏水裝置已成功安裝并使用于小灣水電站的3臺機組上。

［1］文宏澤.小灣水電站水輪機選型問題探討［J］.云南水力發(fā)電，2001（1）：60-62，69.

［2］曾鎮(zhèn)鈴，徐正鎬，王曉龍.小灣水電站水輪機主要參數(shù)和結(jié)構(gòu)型式選擇［J］.水力發(fā)電，2006，32（11）：97，99.

（責任編輯王琪）

Research and Application of Water Leakage Prevention Device for Shaft Center Air Compensating Valves of Xiaowan Hydro Units

LIU Qiwen
（Huaneng Hydro Lancang Xiaowan Hydropower Plant，Dali 675702，Yunnan，China）

Through analyzing the problems of shaft center air compensating valves in the operation of Xiaowan Hydro Units，a device is created and produced which can effectively prevent the water leakage of shaft air compensating valve and the back flow of tail water.The functions of device for water leakage prevention have been proven by factory and actual operation tests.The new device has been successfully installed and applied on Unit 3 of Xiaowan Hydropower Station.

air compensating valve；water leakage prevention device；research；application；Xiaowan Hydropower Station

TM312.1（274）

A

0559-9342（2015）10-0041-02

2015-07-29

劉啟文（1968—），男，湖南祁陽人，高級技師，主要從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作.