主進水閥密封位置接近開關(guān)限位裝置研究

徐威 王冰力 鄭樹偉 李龍龍

摘 要：介紹了安徽績溪抽水蓄能電站主進水閥密封位置接近開關(guān)的創(chuàng)新改造，解決了由于安裝尺寸的不可控性導(dǎo)致接近開關(guān)極易誤報、損壞的缺陷，極大改善了接近開關(guān)的工作環(huán)境，延長探測裝置的使用壽命。通過改造，提高了生產(chǎn)效率，減少設(shè)備安裝過程中的人力物力投入，大幅降低設(shè)備元件的故障率，為設(shè)備的穩(wěn)定運行提供保障，以實現(xiàn)電站經(jīng)濟、穩(wěn)定運行的目標。

關(guān)鍵詞：主進水閥;密封;接近開關(guān);限位裝置;技術(shù)改造

引言

抽水蓄能電站主要任務(wù)是為電網(wǎng)提供調(diào)峰填谷容量，承擔系統(tǒng)的緊急事故備用和調(diào)頻、調(diào)相等作用。主進水閥作為機組正常停機和事故停機截斷水流的設(shè)備，啟閉迅速是抽蓄機組能夠作為緊急事故備用的重要條件，其中上下游側(cè)兩道密封環(huán)是截斷水流必不可少的部件，密封環(huán)的位置狀態(tài)是開停機流程的重要判據(jù)。本文結(jié)合安徽績溪抽水蓄能電站的主進水閥密封位置接近開關(guān)的改造，闡述該類型故障發(fā)生的原因，位置信號獲取的原理，傳感器安裝誤差的產(chǎn)生，改造的方法及后續(xù)運行情況。

一、主進水閥及接近開關(guān)簡介

電站的主進水閥采用了橫軸雙面密封球閥，通徑2m。通過活門啟閉不能完全截斷水流，需要通過上下游側(cè)兩個活動密封環(huán)與活門上的固定密封環(huán)配合達到完全止水的效果。

活動密封環(huán)在投退過程中平行于水流方向位移，如果球閥活門在密封未退出的情況下開啟，將破壞密封面，導(dǎo)致密封止水效果下降甚至失效，機組存在停機穩(wěn)態(tài)下轉(zhuǎn)動的風險，更換球閥工作密封的工期較長，期間影響機組運行，增加檢修成本。為監(jiān)視密封環(huán)的實際位置，電站采用BALLUFF BSH-135V 型電感式開關(guān)，防護等級IP68，耐壓500bar，可靠工作距離Sn=0～2.5mm，感應(yīng)表面采用陶瓷結(jié)構(gòu)。電感式接近開關(guān)的原理是利用振蕩器產(chǎn)生交變磁場，當金屬目標接近時，在金屬目標內(nèi)產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致振蕩衰減，將這種變化轉(zhuǎn)換為開關(guān)信號輸出，以達到非接觸檢測的目的?？垢蓴_能力強、耐壓等級高和只感應(yīng)金屬的特點非常適用于檢測高水頭抽水蓄能電站的主進水閥的密封位置狀態(tài)?？兿娬镜那蜷y接近開關(guān)利用螺紋結(jié)構(gòu)固定在套筒上，套筒安裝在球閥的安裝孔內(nèi)，通過套筒自身和外部螺帽的調(diào)整以實現(xiàn)微調(diào)傳感器位置的功能。

目前電站處于基建轉(zhuǎn)生產(chǎn)階段，在1 號機組調(diào)試的過程中，主進水閥位置信號頻繁故障，導(dǎo)致機組啟停過程無法順利執(zhí)行，并且短時間內(nèi)累計更換6 個接近開關(guān)，經(jīng)檢驗，拆卸下來的接近開關(guān)均已損壞。

二、故障原因分析

通過查看已損壞的接近開關(guān)，發(fā)現(xiàn)在端部位置存在不同程度的劃痕。

中心深色區(qū)域為接近開關(guān)的感應(yīng)探頭，該探頭材料為陶瓷，具有機械強度高，耐磨耐腐蝕，熱穩(wěn)定好等優(yōu)點，但是也存在脆性大，耐沖擊能力低，易碎的缺點。

隨后通過查找設(shè)備細部圖紙發(fā)現(xiàn)，接近開關(guān)在球閥本體上的安裝孔內(nèi)并未設(shè)置類似于階梯式結(jié)構(gòu)等對傳感器進行限位，導(dǎo)致在裝配過程中，接近開關(guān)端部存在直接接觸活動密封環(huán)的可能性。裝配圖紙中對于接近開關(guān)外部裝配螺栓無力矩要求，為防止高壓水源泄出，安裝工人不可避免會過度擰緊導(dǎo)致進一步擠壓接近開關(guān)，使其端部和密封環(huán)碰撞。

可以得出結(jié)論，造成接近開關(guān)大規(guī)模、高頻率損壞的原因就是對于傳感器沒有穩(wěn)定可靠的定位設(shè)計，導(dǎo)致在經(jīng)過加工、安裝的誤差堆疊后，在密封環(huán)投退過程中感應(yīng)探頭極易遭到擠壓從而導(dǎo)致探頭被破壞。

三、技術(shù)改造方案

由于球閥本體已整鑄且已安裝到位不存在重新加工的條件，所以無法在通過墊高安裝孔內(nèi)的凸臺以限位，但是由于接近開關(guān)的工架非整體結(jié)構(gòu)，所以考慮改造接近開關(guān)的工架結(jié)構(gòu)以達到限位目的。

現(xiàn)行改造方案為將原本為直筒構(gòu)造的套筒螺母底部加工一個h=4mm，φ 底座=38mm 的底座，螺紋內(nèi)徑φ 內(nèi)徑=20.5mm，套筒高度H=29mm 不變。該底座可通過底座卡在安裝孔的凸臺處阻止接近開關(guān)端部接觸密封環(huán)，極大降低設(shè)備損壞的風險，提高設(shè)備的穩(wěn)定性，而且由于測量環(huán)境長期承受高達7MPa 的壓力，純機械結(jié)構(gòu)可以長久保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

在實際應(yīng)用過程中，傳感器探頭位置始終與端面齊平，由于加工尺寸存在偏差以及外部螺母旋緊過程中的誤差，導(dǎo)致接近開關(guān)伸出套筒的長度L 無法保持在一個安全有效的動作的數(shù)值。

A：球閥表面與活動密封環(huán)的距離

a：球閥表面與安裝孔凸臺的距離

h：套筒螺母底座高度

Sn：接近開關(guān)的可靠工作距離Sn=[0，2.5]

為保證接近開關(guān)動作的可靠性和降低探頭受密封環(huán)擠壓的風險，為控制探頭與密封環(huán)距離在1.5mm 左右，即h-Sn=2.5mm。還需要注意的是兩個長距離的測量存在一定的誤差，故需測量多次取平均值，綜合可得L的計算方法：

此時在加裝了限位裝置后，只需要在加裝端部螺母之前，測量L 值在我們想要控制的范圍內(nèi)即可，即L 改造后≈L 改造前+2.5mm。

在將L 改造前加上計算出來的理論值h-Sn 后，得到了L 改造后的數(shù)值， 六個密封位置開關(guān)數(shù)據(jù)分別為30.28mm，30.16mm，30.84mm，29.46mm，30.18mm，28.88mm，2 號球閥的密封位置接近開關(guān)均按照上述數(shù)據(jù)進行安裝后，進行多次密封動作試驗，接近開關(guān)均能夠準確反映密封實際位置，且經(jīng)過半年的調(diào)試、商運，位置信號再未出現(xiàn)誤報、錯報的故障。

四、結(jié)語

綜上所述，機械加工領(lǐng)域?qū)τ诖笮丸T件的結(jié)構(gòu)尺寸受到收縮率、含碳量、制殼、澆鑄溫度等因素影響較難保持比較高的精度，通過測量固有尺寸后，利用精加工件的調(diào)整可以便捷有效的控制尺寸在我們所需求的范圍內(nèi)。這種方法在目前能夠提高生產(chǎn)效率，減少設(shè)備安裝過程中的人力物力投入，大幅降低設(shè)備元件的故障率，為設(shè)備的穩(wěn)定運行提供保障。