小灣機(jī)組大軸中心補(bǔ)氣閥防漏水裝置的研究及應(yīng)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(jī)組大軸中心補(bǔ)氣閥防漏水裝置的研究及應(yīng)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(duì)小灣機(jī)組運(yùn)行過程中大軸中心補(bǔ)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(bǔ)氣閥漏水裝置，該裝置可以有效防止機(jī)組尾水倒灌。防漏水裝置各項(xiàng)功能經(jīng)過工廠及現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的驗(yàn)證，現(xiàn)已成功安裝并使用于小灣水電站的3臺(tái)機(jī)組上。

補(bǔ)氣閥；防漏水裝置；研究；應(yīng)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(shè)計(jì)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?jī)?nèi)裝有6臺(tái)單機(jī)容量為700 MW的水輪發(fā)電機(jī)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(jí)接入電力系統(tǒng)，在系統(tǒng)中擔(dān)任調(diào)峰、調(diào)頻和事故備用。

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

1　機(jī)組大軸中心補(bǔ)氣閥現(xiàn)狀及原因分析

（1）正常情況。機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，尾水真空度達(dá)到能克服補(bǔ)氣閥彈簧力時(shí)，補(bǔ)氣閥閥芯打開，從廠房上游側(cè)夾墻內(nèi)預(yù)埋補(bǔ)氣管口進(jìn)氣通過機(jī)組段連接的進(jìn)氣管進(jìn)入補(bǔ)氣閥，直至機(jī)組尾水。考慮到機(jī)組尾水位高于補(bǔ)氣閥安裝位置高程時(shí)，閥芯關(guān)閉過程會(huì)有少量的尾水進(jìn)入到補(bǔ)氣閥閥筒內(nèi)，在機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)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(jìn)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(dāng)下游尾水位高于機(jī)組大軸中心補(bǔ)氣閥閥芯安裝高程、機(jī)組大軸中心補(bǔ)氣閥關(guān)閉不到位或發(fā)卡及機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)，3個(gè)條件同時(shí)具備時(shí)，機(jī)組尾水將通過補(bǔ)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(bǔ)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(bǔ)氣管經(jīng)補(bǔ)氣管的進(jìn)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(fēng)機(jī)口流向機(jī)組段各層。

（3）事故。2014年8月進(jìn)行閘門及水力學(xué)原型試驗(yàn)期間，尾水位達(dá)1 003.02 m。由于1號(hào)機(jī)組補(bǔ)氣閥發(fā)卡，導(dǎo)致尾水倒灌，從上游側(cè)夾墻上的百葉窗、風(fēng)機(jī)口流向技術(shù)供水設(shè)備層、蝸殼層，監(jiān)控系統(tǒng)報(bào)出“1、2號(hào)機(jī)組盤型閥層水災(zāi)報(bào)警”信號(hào)。由于及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故，并作出正確判斷及處理，事故未造成嚴(yán)重后果。

2　改進(jìn)措施研究

鑒于補(bǔ)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(duì)補(bǔ)氣閥裝置進(jìn)行改進(jìn)。通過大量市場(chǎng)調(diào)研及水電行業(yè)內(nèi)溝通了解，沒有找到成熟經(jīng)驗(yàn)可以借鑒。后經(jīng)自主創(chuàng)新，聯(lián)合廠家共同研究設(shè)計(jì)制造出一套安裝在大軸補(bǔ)氣閥閥芯行程室內(nèi)的實(shí)用新型防補(bǔ)氣閥漏水裝置（多孔浮球閥），見圖1。

實(shí)用新型防補(bǔ)氣閥漏水裝置的工作原理是在機(jī)組電站處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，電站尾水位＞999.38 m高程時(shí)，遇補(bǔ)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(dāng)于多增加一道密封。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行、尾水真空度達(dá)到補(bǔ)氣值時(shí)，對(duì)補(bǔ)氣閥動(dòng)作打開補(bǔ)氣無影響；當(dāng)尾水位＞999.38 m高程時(shí)，7個(gè)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(shí)現(xiàn)密封作用；當(dāng)機(jī)組運(yùn)行、尾水真空度達(dá)到補(bǔ)氣值時(shí)，補(bǔ)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(shí)現(xiàn)補(bǔ)氣通道暢通，補(bǔ)氣閥打開補(bǔ)氣。

本防漏水裝置的特點(diǎn)：①同樣的外徑，多孔浮球閥過流面積大，補(bǔ)氣阻力小；②采用多個(gè)較小的浮球，每個(gè)浮球迎水面積小，抗水錘能力強(qiáng)；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(zhǎng)度短，重量輕，可減小因動(dòng)平衡不好引起機(jī)組的振動(dòng)。

3　過氣面積復(fù)核及嚴(yán)密性試驗(yàn)

（1）過氣面積復(fù)核。為確保防漏水裝置不造成對(duì)機(jī)組尾水補(bǔ)氣的影響，對(duì)防漏水裝置各位置的過氣面積進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。結(jié)果為①φ400 mm補(bǔ)氣管通徑面積為125 664 mm2；②防漏水裝置上部7個(gè)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(jì)算，該防漏水裝置可與φ400 mm補(bǔ)氣管通徑匹配，不會(huì)對(duì)機(jī)組補(bǔ)氣造成影響。

圖1　實(shí)用新型防補(bǔ)氣閥漏水裝置示意

（2）嚴(yán)密性試驗(yàn)。在工廠加工制造出廠前模擬機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)條件，進(jìn)行了嚴(yán)密性試驗(yàn)，試驗(yàn)合格。現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)整完畢后，分三個(gè)壓力等級(jí)（0.02、0.04、0.08 MPa）做真機(jī)試驗(yàn)，分別保壓30 min無滲漏，試驗(yàn)合格。

4　結(jié)語

通過對(duì)補(bǔ)氣閥及防漏水裝置各部位過氣面積復(fù)核，防漏水裝置與補(bǔ)氣閥及補(bǔ)氣管通

徑匹配，不會(huì)對(duì)機(jī)組補(bǔ)氣造成影響。通過嚴(yán)密性試驗(yàn)驗(yàn)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(jìn)后的防漏水裝置已成功安裝并使用于小灣水電站的3臺(tái)機(jī)組上。

［1］文宏澤.小灣水電站水輪機(jī)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(jī)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(zé)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(jí)技師，主要從事生產(chǎn)技術(shù)管理工作.