機械鎖錠裝置在液壓閥門中的應用

千 鑫 劉香建

（天生橋水力發電總廠，貴州 興義 562400）

0 引言

天生橋二級電站共六臺容量225 MW水輪發電機組，每臺機組設有兩臺 500尾水管排水閥，是由哈爾濱電機廠生產的具有液壓操作機構的截止閥，主要功用是在機組檢修時用來排空蝸殼及壓力鋼管內的積水，以便工作人員進入完成檢修任務。其設計最大行程為150 mm，閥門自帶一結構簡單的機械鎖錠板，鎖錠板主要功能只是防止機組運行時閥門誤開啟，防止機組在運行過程中尾水管內積水直接倒灌進入檢修廊道，威脅人身健康以及設備的安全穩定運行狀態。

1 原尾水管排水閥故障介紹

尾水管排水閥設計一結構簡單的機械鎖錠板，其需依靠人工錘擊的方法將閥軸卡住，操作方便，但鎖錠板長期處于相對濕度90%的環境中，導致其產生嚴重銹蝕，因此部分機組的鎖錠板無法投入使用。在機組運行時，存在一種可能性，即液壓系統發生上下腔竄油情況，此時尾水管排水閥即可能自行開啟，輕則造成機組水力損失，機組效率下降，在尾水管排水閥全開的情況下0.2 MPa壓力水將在幾分鐘內淹沒檢修廊道，排水泵全部啟動并連續運行也無濟于事，亦可能造成水淹廠房的嚴重后果。除此之外，該鎖錠板不能限制閥門開度，不利于實現檢修中安措對閥門開度的要求，僅依靠值班員的經驗來控制排水流量，且鎖錠板只有防止閥門開啟的功能，不能防止閥門關閉，而且在機組檢修時，曾經出現過因閥瓣自重以及液壓系統失壓導致的閥門自關閉現象，使得尾水管積水上漲至尾水管進人門處，危害人身健康以及設備安全。曾設想過對閥門整體進行更換，但是原尾水管排水閥分段安裝在高度不足2 m的環境中，閥門總高度為7.045 m，狹小的作業空間決定了其安裝、拆卸難度非常大。

2 尾水管排水閥流量控制

尾水管排水閥鎖錠裝置主要由行程指示桿、機械手動鎖錠、導向桿等部件組成，活塞操作前，將上導向背帽移至活塞預開啟行程位置，操作尾水管排水閥控制油路，使活塞緩慢動作至預設行程位置，這時上導向背帽會將鎖錠塊固定在預設行程位置，然后將下導向背帽擰緊，鎖緊機械手動鎖錠，從而實現液壓閥的多行程控制，同時在排水過程中可以根據檢修廊道水位情況隨時調節液壓閥至任意行程位置以控制泄水流量。我廠檢修廊道內設置有兩臺潛水泵，分別為400 m3／h和250 m3／h，一臺深井泵為550 m3／h，三臺泵全啟動情況下排水流量0.33 m3／s， 500尾水管排水閥開至最大行程150 mm，若排水閥全開恰逢尾水閘門漏水情況，水流會源源不斷地涌進尾水管，通過排水閥進入檢修廊道。

假設水流為理想液體，理想液體的伯努利方程：

式中，Z為單位重量液體從某一基準面算起所具有的位置勢能；為單位重量液體所具有的動水壓能為單位重量液體所具有的動能。

通過尾水管排水閥過水斷面的流速分布一般不是均勻流，假設通過尾水管排水閥過水斷面的為均勻分布的流速，流量計算公式如下：

通過計算，在尾水閘門漏水且尾水管排水閥全開的最糟糕情況下，排水閥排入檢修廊道內的排水流量將達到6 m3／s，而三臺泵全啟動情況下排水流量只有0.33 m3／s，檢修廊道的容量約900 m3。根據多年檢修經驗，基本每年都有一臺機組會出現尾水閘門遭遇異物卡澀漏水的現象發生，將導致三臺排水泵不停運轉，如果將一臺尾水管排水閥打至全開狀態，檢修廊道內水位幾分鐘內將會上漲起來，這種情況下所帶來的風險是無法承受的。因此，在機組檢修階段尾水管排水時，運行人員在排水過程中只有通過控制液壓操作系統的閥門開度來控制排水閥接力器行程，以保證排水閥下泄量的大小。這種控制方法難以達到預期效果，因此設計在缸體上增設一套操作簡單、多行程控制、具有自鎖功能的機械鎖錠，運行人員在排水過程中可以通過手動設置機械鎖錠的開度來控制下泄流量，而且在檢修期也不用擔心由于液壓系統失壓導致的閥瓣本體關閉，從而使漏水淹沒至尾水管進人門。

3 尾水管排水閥鎖錠設計

針對我廠盤型閥鎖錠裝置難以操作、無開度限制以及行程指示等缺陷，技術人員認為配置一套安全、操作簡單方便、能夠運行在惡劣環境下的鎖錠裝置是必不可少的，但考慮到尾水管排水閥安裝位置的局限，不可能對排水閥本體進行更換，因此只對尾水管排水閥端蓋、活塞背帽、閥軸進行改造，不但實現經濟效益最大化，而且滿足設備的運行需求。結構改造尺寸（圖1）：第一，將零件1原排水閥的M64厚51 mm鎖緊背帽改為厚度80 mm，使螺母能同時連接活塞上下兩端軸，當活塞上下運動時，直接將活塞運動行程反映到行程指示桿上；第二，增加零件2，一端車M64螺紋，另一端裝設行程指示桿的聯軸；第三，零件3端蓋進行改造，在端蓋和聯軸之間增加間隙密封和兩道O型密封，加強密封效果，而且為了不影響活塞的行程變化，在不改變缸體本體尺寸的情況下，在端蓋下制作 104孔，保證背帽正常運動；第四，增加行程指示裝置4，更加直觀顯示閥門行程狀態；第五，增加機械鎖錠裝置，鎖錠由鎖錠塊、導向桿、導向背帽組成，通過此裝置來實現尾水管排水閥0～150 mm行程控制。

圖1 鎖錠裝置結構圖

4 鎖錠裝置的特點

（1）為保證閥門在安措中能夠實現流量控制，該裝置增加了多行程操作機構，使原來無行程指示以及鎖錠位置單一不能改變行程的尾水管排水閥能在任意行程位置進行鎖定，并且有明顯的行程指示，通過控制排水流量來控制檢修廊道的水位高低以及檢修排水泵的運行時間。

（2）鎖錠裝置在原有的防開啟功能基礎上增加了防止關閉的自鎖功能，滿足機組檢修和運行多種方式，從而提高了機組運行的安全系數。

（3）對于長時間處于惡劣環境中單一狀態運行的閥門來說，其鎖錠裝置祛除了操作復雜的自動化元器件，使得閥門操作簡單，避免了誤操作情況發生。

5 結語

目前此鎖錠裝置運行較為良好，通過對鎖錠裝置功能的改造，從根本上解決了由于閥門自身缺陷導致的安全問題。對于設計存在此類缺陷的電站來說，在不進行閥門整體技術改造的情況下，如何選用比較合理、比較經濟的方式達到預期效果是比較難以抉擇的問題，針對實際問題找出解決方案，才能保證閥門的安全可靠運行，本文旨在為遇到同類技術問題的讀者提供方法上的借鑒。

［1］李建中.水力學［M］.西安：陜西科學技術出版社，2002.

［2］吳宗澤.機械設計實用手冊［M］.北京：化學工業出版社，1999.