淺談猴子巖水電站機組圓筒閥的安裝

郝 亞 鵬， 柯 劍， 陳 勇 旭

(國電大渡河猴子巖水電建設有限公司，四川 康定 626005)

1 概 述

猴子巖水電站位于流經四川省甘孜州康定縣境內的大渡河干流上，是大渡河流域水電22級開發(fā)方案的第9級電站，工程開發(fā)任務主要為發(fā)電。電站裝機為4臺混流式水輪發(fā)電機組，單機容量425 MW，總裝機1 700 MW。水輪機額定水頭130 m，最大水頭147.6，最小水頭98.7 m，額定流量363.7 m3/s。機組安裝有圓筒閥，由6個接力器操作，采用電氣液壓同步，自4號機組投運以來，經過一年的全工況運行，在實踐中得到了檢驗，目前運行良好。

2 設置圓筒閥的依據

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%，過機水流含沙量大，沙質硬度高，未避免導水機構遭到嚴重破壞，設置圓筒閥就顯得格外重要。

圓筒閥是一種的水輪機圓筒形進水閥門，它關閉時閥體處于固定導葉與活動導葉之間，以截斷水流，開啟時收入頂蓋與上環(huán)之間的空腔，不影響水流流態(tài)，具有結構緊湊重量輕，止水效果明顯的的優(yōu)點。尤其是多泥沙河流或經過較長時間運行后的電站，過機泥沙量較大，在高水壓下產生的高速含沙射流高速流過導水機構端面間隙與立面間隙、導葉軸領等部位，使之遭到空蝕與磨蝕破壞，從而導致導水葉的漏水量大增，不僅白白損失了水能，還有可能縮短機組的大修周期，增加人工和設備材料費用。

3 圓筒閥結構特點

猴子巖圓筒閥由6個接力器進行操作，油壓系統額定壓力為6.3 MPa，具備壓力下降至4.8 MPa時在緊急情況下關閉筒形閥的容量，具備自動糾偏能力。筒形閥的裝設和操作不會對水輪機的運行產生不良影響，筒形閥在開啟、關閉時不會誘發(fā)振動和共振現象。外部導向裝置能承受最大壓力下產生的臨界失穩(wěn)，并能夠在最大水壓下操作而不至使導向裝置夾住。

猴子巖水電站機組圓筒閥結構采用哈爾濱電機廠有限責任公司的設計和加工方案，基本參數如下：

筒閥外徑 8 330 mm

閥體高度 1 650 mm

閥體厚度 160 mm

筒閥接力器數量 6個

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

筒閥開啟時間 60～90 s

筒閥關閉時間 60～90 s

筒閥同步方式 電氣液壓同步

猴子巖水電站機組圓筒閥機械機構主要由閥體、閥體導向機構、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，設計強度和剛度能夠抵御最大水頭下水輪機發(fā)生飛逸時動水關閉的所受的作用力。因為電站位置受運輸條件限制，閥體采用分半結構分體運輸，現場組裝。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)過流面圓滑過渡。

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，當圓筒閥關閉時，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 筒形閥導向板

避免閥體在動作時發(fā)生較大的偏移，導致閥體卡死，在座環(huán)上圍板與座環(huán)固定導葉的尾端設置有導向板，于此同時在相對應的閥體外圓表面相應位置設置對應的導向板，通過螺釘將導向板固定在筒閥閥體上，以實現圓筒閥的導向。

3.4 筒形閥接力器

筒形閥由6個圓周分布在頂蓋上的直徑為φ370 mm的直缸接力器來操作，操作力均傳遞遞到頂蓋上，由頂蓋通過座環(huán)傳至基礎混凝土。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流量分配器分流，經過調節(jié)單元流至6個接力器有桿腔。無桿腔的壓力油由主配壓閥經過環(huán)管分配至6個接力器。圓筒閥動作時，由接力器行程傳感器采集6個接力器行程，根據接力器間行程偏差由調節(jié)單元自動控制有桿腔的有流量以達到糾偏，防止圓筒閥因行程偏差過大而卡死。

3.5 筒形閥的檢修鎖錠裝置及鎖定位置指示裝置

筒形閥設有6個機械鎖錠，采用6個M80鎖錠螺桿擰入筒形閥閥體的上端面，在機組檢修時，將圓筒閥提升至全開，通過擰入鎖錠螺母以實現鎖錠圓筒閥，方便檢修人員進出檢查。機械鎖定裝置均設有限位開關，限位開關布置在鎖錠螺桿護罩上。

3.6 圓筒閥同步裝置

猴子巖機組圓筒閥采用電氣液壓同步。由接力器行程傳感器采集6個接力器行程，根據接力器間行程偏差由調節(jié)單元自動控制有桿腔的有流量以達到糾偏，防止圓筒閥因行程偏差過大而卡死。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。圓筒閥正常關閉采用二段式，第一段采用液動單向閥和主配壓閥控制將筒閥關閉至3%開度，第二段采用調節(jié)單元比例閥控制緩慢將筒閥全關。防止圓筒閥閥在全開或者全關時發(fā)生撞擊，損壞圓筒閥上密封與下密封。

相比圓筒閥機械同步裝置，經過多年的技術發(fā)展與生產實踐應用，電氣液壓同步技術的可靠性、靈敏性、維護性大大提高，并且具有具有設備簡單、維護方便的特點。

3.7 壓油裝置

每臺機組圓筒閥設置一套壓油裝置，由3臺壓油泵、2臺漏油泵、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，回油箱內設置過濾裝置，可將回油及漏油中的物理雜質進行過濾，然后由壓油泵打入壓力油罐以供圓筒閥操作使用。

4 筒閥的安裝與調整

4.1 閥體組裝

由于閥體尺寸較大，為在進行閥體組裝時便于調整，需在組裝平臺上設置6個高度適中，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，放置在斜楔上進行組裝，然后利用斜楔調整其上平面水平滿足要求，然后調整閥體圓柱度以符合廠家設計要求。

4.2 閥體合縫面焊接

閥體在焊接前應核實閥體參數滿足設計要求，為監(jiān)視焊接過程中的閥體的變形量并，在每個合縫側附近上下分別裝百分表，為避免閥體受熱不均而產生變形，在焊接時在兩個合縫內外側同時進行焊接并及時消除應力，以避免應力得不到釋放而產生變形。

4.3 操作機構組裝

當閥體組裝完畢，技術參數滿足要求后，將水輪機頂蓋與閥體一起進行組裝。組裝前調整好頂蓋位置，水平和中心，并且將頂蓋從下部墊起以方便人員觀察。將6個把緊螺栓穿過頂蓋閥體通道，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閥體與接力器的安裝產生嚴重影響閥體的動作靈活性，因此在接力器安裝過程中應確保接力器提升桿與閥體端面的垂直度。

4.4 導向板的配創(chuàng)

為避免圓筒閥在動作時失穩(wěn)，在固定導葉的尾端和座環(huán)上圍板上焊接有導向板，同時在相對應的閥體外圓表面設置對應的導向板，通過閥體與固定導葉上導向板的配合實現圓筒閥的導向，避免閥體在動作時發(fā)生較大的偏移，導致閥體卡死。在將閥體、操作接力器和頂蓋裝配合格后參加導水機構的預組裝，組裝完畢后對圓筒閥進行起落試驗并測量導向板和閥體徑向間隙，對因為焊接、打磨和測量等引起的較大偏差，進行必要的打磨處理，以便閥體起能夠動作平穩(wěn)，同時減小閥體與導向板的摩擦。

4.5 同步機構的安裝和調整

猴子巖機組圓筒閥采用電氣液壓同步。由接力器行程傳感器采集6個接力器行程，根據接力器間行程偏差由調節(jié)單元自動控制，精細調節(jié)有桿腔的有流量以達到糾偏，防止圓筒閥因行程偏差過大而卡死。在圓筒閥以及接力器全部安裝好后，在圓筒閥全關與全開位置測量各接力器的實際行程，并進行標定，標定后進行實際操作，測量接力器之間的偏差，根據偏差修改糾偏參數，直至滿足現場實際運行需要。

5 筒形閥運行與維護要求

對筒形閥在非正常工況下的運行的記錄及所有對筒形閥進行的檢修及修復的記錄應該進行保存，該記錄對以后筒形閥進行的正確檢修及維護工作具有指導作用。同水輪機一樣，對筒形閥進行預防性的檢查、維護及檢修可以在設備出現問題的早期階段就能發(fā)現，從而避免以后出現破壞性的問題，延長了設備的使用壽命。

5.1 油系統

設備用油牌號為透平油L-TSA46，標準按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，不允許有雜質異物，所有用油必須經過過濾。油箱的油應保持合適的油位，油位由浮子信號器監(jiān)控，并定期進行檢查。根據油的清潔程度，油箱應定期清理，油過濾器定期更換。

5.2 筒形閥密封

圓筒閥密封漏水檢查是圓筒閥密封運行維護的重要要求。如果在筒形閥上、下密封處出現過量的漏水，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進行，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，將壓板螺釘把緊，同時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，與制造商協商進行修復。如果筒形閥上部密封不銹鋼密封壓板有松動，需將壓板螺釘把緊。如果需要檢查整個上部密封，則需要將筒形閥上部密封拆除后才能進行檢查。

5.3 筒形閥導向板的更換

在檢查筒形閥導向板之前，應將整個機組的水排空。先將筒形閥處于全開位置及鎖錠狀態(tài)，通過蝸殼進人門進到流道內，觀察固定導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位置，觀察筒形閥整個全行程的運動并記錄導向板之間任何異常的接觸情況。將筒形閥落在全關位置，用塞尺測量筒形閥閥體上的青銅導向板與固定導葉上的不銹鋼導向板之間的間隙。設計的間隙值為1.0～1.2mm，如果測得的間隙值過大，則應更換閥體上的青銅導向板。在更換筒形閥導向板之前，筒形閥應吊出機坑外，此時也可以通過補焊來修復固定導葉上的不銹鋼導向板。與制造商聯系確定修復的程序。

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。通過將筒形閥從全開運動到全關，檢查接力器的漏油情況及筒形閥同步機構的功能，同時還應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)猴子巖水電站機組停機時，圓筒閥關閉后導葉漏水漏水量明顯減小，能夠發(fā)揮其良好的止水性能，減有效減小了機組的水量損失。

(2)在機組運行期間縮人頂蓋和座環(huán)之間的空間內，未破壞流道斷面，因此，對水流基本不產生影響，對機組效率影響可以忽略不計，并能明顯減小因漏水對導葉端面、立面、軸領的空蝕與磨蝕。

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

7 結 語

隨著技術的發(fā)展，圓筒閥的設計、制造、安裝、自動控制技術有了很大進步，圓筒閥的可靠性、實用性有了極大地提高，在為新投電站提高效益的同時，我國較早投運的大型電站逐漸進入機組改造期，圓筒閥技術的使用將會得到更加廣泛地使用。通過合理開展定期檢查、月度維護保養(yǎng)和年度詳查，開展筒形閥開、關時的情況及同步試驗、位移傳感器性能校核、過濾器清掃，及時掌握筒形閥氣蝕、銹蝕及上下密封情況，基本能夠滿足安全穩(wěn)定運行要求，確保實現圓筒閥各項功能。