蝴蝶閥液壓控制系統(tǒng)技術(shù)改造

林孝財(cái)

【摘 要】全面分析了水東電站原蝴蝶閥液壓控制系統(tǒng)由于設(shè)計(jì)、制造不合理等原因，導(dǎo)致蝴蝶閥操作時(shí)發(fā)生拒動(dòng)、鎖錠基礎(chǔ)板扭曲變形等后果。通過對(duì)整個(gè)蝴蝶閥控制系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，選用HJK-850/01的集成控制裝置，元件與元件之間，元件與集成塊之間實(shí)現(xiàn)集成控制。從而徹底解決了蝴蝶閥操作拒動(dòng)、鎖錠基礎(chǔ)板扭曲變形、柜內(nèi)管接頭漏油等現(xiàn)象，大大提高了蝴蝶閥控制系統(tǒng)的速動(dòng)性、可靠性，有利地保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】 蝴蝶閥液壓控制系統(tǒng) 電磁配壓閥 四通滑閥 旁通閥 鎖錠 集成裝置

水東電站作為福建省尤溪流域的第三梯級(jí)廠（壩后引水式），安裝有4臺(tái) 20MW的水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)型號(hào)：ZZD32B—LJ —330 ，發(fā)電機(jī)型號(hào)：SF20—28/550，機(jī)組轉(zhuǎn)速214.3r/min，飛逸轉(zhuǎn)速450r/min，設(shè)計(jì)水頭33m。機(jī)組主要擔(dān)負(fù)著系統(tǒng)的調(diào)峰、頂峰任務(wù)，開、停機(jī)頻繁，并且投入了低周自啟動(dòng)裝置，因此對(duì)機(jī)組的速動(dòng)性、安全性、穩(wěn)定性有較高的要求。

蝴蝶閥（蝶閥）是水輪機(jī)的重要部件，其主要作用是：（1）機(jī)組檢修時(shí)，用于截住上游水流；（2）機(jī)組較長(zhǎng)停機(jī)時(shí)，關(guān)閉蝴蝶閥，可減少機(jī)組導(dǎo)葉的漏水量；（3）當(dāng)調(diào)速器或?qū)~發(fā)生故障時(shí)，用于緊急切斷水流，防止機(jī)組飛逸時(shí)間超過允許值，避免事故擴(kuò)大；（4）引水式水電站，在分叉管末端設(shè)置蝴蝶閥，以便一臺(tái)機(jī)組檢修而不影響其它機(jī)組的正常運(yùn)行。水東電站的蝴蝶閥型式為臥式立面分半液壓操作方式，蝴蝶閥直徑為4600㎜，接力器形式為搖擺式雙接力器（直徑550㎜），工作油壓為4.0Mpa。蝴蝶閥液壓控制系統(tǒng)作為蝴蝶閥開啟、關(guān)閉的控制機(jī)構(gòu)，其工作安全、可靠與否，將直接影響到機(jī)組運(yùn)行的安全性、可靠性。原蝴蝶閥控制操作裝置型號(hào)為：HG-0.4/40，其控制系統(tǒng)圖如圖1所示。該系統(tǒng)由51DP、52DP兩個(gè)電磁閥、四通滑閥HF、油閥YF、液動(dòng)配壓閥、1XL、2XL限流器及管路等組成。自投產(chǎn)以來，1-4號(hào)機(jī)蝴蝶閥在開關(guān)操作過程中相繼出現(xiàn)鎖錠未提到頭而接力器提前動(dòng)作，將鎖錠基礎(chǔ)板（40㎜鋼板）扭曲變形、鎖錠頭蹩壞的的嚴(yán)重后果，以及日常運(yùn)行不可靠、管接頭滲漏油、裝置缺陷難以消除等諸多隱患，不僅影響機(jī)組的安全運(yùn)行，也威脅著廠房、發(fā)電設(shè)備及生產(chǎn)人員的安全。

1 HG-0.4/40型蝴蝶閥液壓控制系統(tǒng)運(yùn)行存在的問題

（1）整個(gè)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)復(fù)雜、檢修維護(hù)量大、備品備件較貴；（2）控制柜內(nèi)油管路錯(cuò)綜復(fù)雜、管接頭多達(dá)100多個(gè)，接頭密封性能差，存在嚴(yán)重的滲漏油現(xiàn)象，為此還特地制作大油盆進(jìn)行接油，由檢修人員定期負(fù)責(zé)接排油、清掃；（3）電磁配壓閥動(dòng)作不可靠，經(jīng)常出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，從而導(dǎo)致蝴蝶閥無法自動(dòng)操作。電磁配壓閥閥芯與襯套配合間隙偏大，且無自鎖功能，曾出現(xiàn)閥芯在動(dòng)作到位后，因間隙大、無法自鎖，閥芯自動(dòng)移位、設(shè)備誤動(dòng)。為確保電磁閥動(dòng)作正常，由檢修人員定期進(jìn)行解體清洗；（4）四通滑閥與缸體間的配合間隙偏大，且無自鎖功能，在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，由于廠房振動(dòng)較大，曾出現(xiàn)四通滑閥自行跑位，在下一次操作時(shí)，未等蝶閥鎖錠提到頭后，蝴蝶閥接力器就開始動(dòng)作，從而導(dǎo)致鎖錠基礎(chǔ)板扭曲變形、鎖錠頭蹩壞等嚴(yán)重后果；（5）對(duì)透平油質(zhì)量要求較高。因水輪機(jī)層環(huán)境較潮濕，集油槽內(nèi)的油易劣化變質(zhì)，從而時(shí)有引發(fā)電磁配壓閥卡澀、無法正常動(dòng)作的現(xiàn)象；（6）鎖錠缸的K腔位置加工偏低（各臺(tái)均不一樣），在鎖錠未全提到頭時(shí)，其下腔壓力油已流通至52DP處，就可能出現(xiàn)前1.4所述現(xiàn)象；（7）整個(gè)系統(tǒng)在操作過程中振動(dòng)、噪聲較大；（8）系統(tǒng)投入的速動(dòng)性、安全性、穩(wěn)定性較差；（9）開、關(guān)閉時(shí)間不易調(diào)整；

2 改造處理

鑒于上述情況，公司決定利用機(jī)組大、小修的機(jī)會(huì)對(duì)其蝴蝶閥液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了改造試驗(yàn)。根據(jù)實(shí)際情況，經(jīng)反復(fù)調(diào)研、比對(duì)，最終選擇了型號(hào)為：HJK-850/01的集成控制裝置。

2.1 HJK-850/01裝置結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)

HJK-850/01蝴蝶閥集成控制裝置由WDP-10-63電磁配壓閥3臺(tái)（德國(guó)進(jìn)口），JYF-25油閥1臺(tái)，JHF-25四通滑閥1臺(tái)，YX-100電接點(diǎn)壓力表1個(gè)，壓力表開關(guān)1個(gè)，一塊集成塊組成。該裝置的特點(diǎn)就是自動(dòng)化元件全部采用板式連接，并安裝在集成塊上，實(shí)現(xiàn)無管連接，可實(shí)現(xiàn)免維護(hù)，在技術(shù)上關(guān)鍵的自動(dòng)化元件采用進(jìn)口元件，使得系統(tǒng)的可靠性大大提高，元件與元件之間，元件與集成塊之間實(shí)現(xiàn)集成控制。在控制柜內(nèi)裝有開啟、關(guān)閉操縱按鈕及全開、全關(guān)指示燈，鎖錠投入、拔出指示燈。其操作線路與中心控制區(qū)室操作線路并聯(lián)，在控制裝置或中心控制室均可操作。

2.2 HJK-850/01裝置的控制原理：（配合圖2：機(jī)械液壓原理圖說明）

2.2.1蝴蝶閥開啟控制：

a、開機(jī)條件具備；b、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)全關(guān)；c、壓油罐油壓正常；d、鋼管、蝸殼水壓基本平衡。上述條件滿足后，當(dāng)發(fā)出開啟蝴蝶閥的命令后，3WDP電磁配壓閥左邊電磁線圈通電，閥芯右移，油閥 JYF上腔通壓力油，使油閥開啟。壓力油通至四通滑閥JHF；同時(shí)壓力油進(jìn)入鎖定開腔B3，鎖定開啟，1WDP電磁配壓閥左邊線圈通電，壓力油進(jìn)入旁通閥的開腔B1。旁通閥提起，蝸殼充水，鎖錠下腔K用堵頭堵住，集成裝置控制端（X）與P腔短接壓力油通至電磁配壓閥2WDP壓力口，待蝸殼水壓升至壓力信號(hào)器定值時(shí)（即蝸殼、鋼管水壓基本平衡）電磁配壓閥2WDP左邊電磁線圈通電，閥芯右移，壓力油進(jìn)入四通滑閥 JHF的左端，四通滑閥活塞右移，壓力油經(jīng)四通滑閥至接力器開腔B，將蝴蝶閥開啟，當(dāng)蝴蝶閥開至全開位置時(shí)，其行程限位開關(guān)接點(diǎn)動(dòng)作，開啟指示燈亮，同時(shí)將蝴蝶閥開啟繼電器釋放，電磁配壓閥3WDP右邊線圈通電，閥芯左移，關(guān)閉鎖定投入， 同時(shí)1WDP右邊線圈通電 ，閥芯左移，關(guān)閉旁通閥， JYF油閥關(guān)閉。

2.2.2蝴蝶閥關(guān)閉控制：

當(dāng)操作蝴蝶閥控制開關(guān)發(fā)出關(guān)閉命令后，電磁配壓閥1WDP 左邊電磁線圈通電動(dòng)作，閥芯左移，旁通閥開啟，電磁配壓閥3WDP 左邊線圈通電動(dòng)作，閥芯右移，鎖定拔出，JYF油閥開啟，隨即2WDP右邊電磁線圈通電，閥芯左移，壓力油進(jìn)入四通滑閥的右端，推動(dòng)閥芯左移，壓力油經(jīng)四通滑閥至接力器關(guān)側(cè)A。當(dāng)蝴蝶閥至全關(guān)位置時(shí)，行程開關(guān)閉合，全關(guān)位置指示燈亮，同時(shí)將蝴蝶閥關(guān)閉，關(guān)閉繼電器釋放，電磁配壓閥3WDP右邊電磁線圈通電，鎖錠投入，閥芯左移，1WDP 右邊電磁線圈通電，閥芯左移，旁通閥關(guān)閉，JYF油閥關(guān)閉。（以上的左、右都以人面對(duì)元件前面為基準(zhǔn)）

2.2.3 HJK-850/01技術(shù)要求

①控制裝置安裝調(diào)試后，具備現(xiàn)地控制操作和遠(yuǎn)方控制操作以及自動(dòng)控制操作，系統(tǒng)操作平穩(wěn)、振動(dòng)小等；②電磁配壓閥采用進(jìn)口雙向控制電磁閥，電源采用直流220 V ，并能實(shí)現(xiàn)手動(dòng)操作；③集成控制閥鑄造時(shí)，不能有任何穿透性的氣孔或夾渣情況；④適用的額定油壓應(yīng)為4.0 MPa；制造出廠前應(yīng)在6.0 MPa油壓下進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，且沒有滲油及竄油現(xiàn)象；⑤蝴蝶閥的開關(guān)時(shí)間可調(diào)范圍應(yīng)在80---100秒之間；⑥控制箱面增設(shè)鎖錠動(dòng)作位置指示燈，操作按鈕帶有防誤裝置；控制箱尺寸為：長(zhǎng)835mm×寬655mm×高1405mm，顏色為淺駝灰；⑦控制箱對(duì)外接口應(yīng)與現(xiàn)場(chǎng)的管路布置相一致（采用高壓軟管連接），并在箱內(nèi)后上側(cè)預(yù)留壓力控制器接口；控制箱端子排安裝在柜后左側(cè)下方（豎直方向）、空開在端子排上方；⑧各電磁配壓閥應(yīng)配有用途指示標(biāo)志銘牌（不銹鋼）；各壓力表前需加裝隔離閥，且油壓表前另加裝一道緩沖裝置，以防止操作時(shí)高壓油瞬間進(jìn)入油壓表將其沖壞；⑨集成裝置鎖錠控制端K腔在柜內(nèi)用軟管直接短接，從壓力油總油管P上取油，壓力油直接守候在2WDP及JHF處，以防止JHF失壓后，因廠房振動(dòng)等原因JHF閥芯自動(dòng)偏移，而導(dǎo)致誤動(dòng)作。

2.2.4安裝與調(diào)試

①安裝：機(jī)組大修時(shí)，先把原有的操作柜各液壓元件及管路整體拆吊；將HJK-850/01的集成控制裝置吊裝就位，然后進(jìn)行管路配制和電氣接線。② 調(diào)整試驗(yàn)：為了保證安全，在裝置充壓力油前可先把接力器的開、關(guān)側(cè)進(jìn)油閥關(guān)閉后進(jìn)行。調(diào)整蝴蝶閥的開、關(guān)閉時(shí)間即調(diào)整限流器的開口量大小，將蝴蝶閥開、關(guān)閉時(shí)間控制在80-100S內(nèi)，其中開啟時(shí)間可比關(guān)閉時(shí)間延長(zhǎng)幾秒；手動(dòng)及自動(dòng)開關(guān)閉蝴蝶閥試驗(yàn)以及開停機(jī)聯(lián)動(dòng)開關(guān)閉蝴蝶閥試驗(yàn)等。

2.2.5該裝置的優(yōu)點(diǎn)

①該裝置小巧緊湊，且取消了原有液壓元件間的連接管路，徹底消除了滲漏油。② 投運(yùn)以來，整個(gè)裝置運(yùn)行穩(wěn)定，動(dòng)作可靠，減小了裝置動(dòng)作過程中的振動(dòng)。③ 整個(gè)裝置對(duì)油質(zhì)的要求有了很大緩解，避免了潮濕環(huán)境的影響。④檢修與維護(hù)工作方便快捷，基本實(shí)現(xiàn)了免于維護(hù)。

2.2.6 該裝置應(yīng)注意的問題：

① 該裝置采用了3個(gè)電磁閥，在手動(dòng)操作時(shí)，要特別注意其操作的先后順序，以防事故的發(fā)生，應(yīng)盡量采用自動(dòng)操作。② 該裝置采用鑄鐵澆鑄件，其強(qiáng)度較低。在安裝、檢修過程中 緊固螺絲時(shí)要注意其緊度，以防出現(xiàn)崩裂。③裝置的四通滑閥閥芯配合很緊密，如出現(xiàn)發(fā)卡，拔出閥芯進(jìn)行清洗，清洗后上油裝復(fù)。④ 應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行及檢修維護(hù)人員的技術(shù)培訓(xùn)工作，以提高他們的技術(shù)素質(zhì)和操作技能。

3改造處理后效果

經(jīng)幾年來的運(yùn)行考驗(yàn)，1-4號(hào)機(jī)蝴蝶閥液壓控制系統(tǒng)技術(shù)改造后，在各種運(yùn)行工況下動(dòng)作安全、可靠，再無發(fā)生拒動(dòng)、鎖錠基礎(chǔ)板扭曲變形、鎖錠頭蹩壞等現(xiàn)象，且柜內(nèi)設(shè)備接頭實(shí)現(xiàn)零滲漏，裝置檢修、維護(hù)方便。大大提高了蝴蝶閥動(dòng)作的速動(dòng)性、穩(wěn)定性，有利保證了機(jī)組的安全可靠運(yùn)行。