枕頭壩一級(jí)水電站調(diào)速器油壓裝置打壓補(bǔ)油后異響的分析及處理

余建生 李春平

摘要：水輪發(fā)電機(jī)調(diào)速器油壓裝置的作用為調(diào)速器系統(tǒng)提供可靠、穩(wěn)定、安全的壓力油源，以實(shí)現(xiàn)水輪發(fā)電機(jī)組的開(kāi)停機(jī)、頻率和負(fù)荷調(diào)節(jié)。針對(duì)枕頭壩電站調(diào)速器油壓裝置在打壓補(bǔ)油停止瞬間異響分析，并提出一套消除異響的實(shí)現(xiàn)方案，解決油壓裝置的異常運(yùn)行狀態(tài)，提高油壓裝置的可靠性和安全性。

關(guān)鍵詞：調(diào)速器;油壓裝置;組合閥

引言

枕頭壩一級(jí)電站共布置4套水輪機(jī)調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)，每套油壓裝置系統(tǒng)由1個(gè)工作氣罐、1個(gè)工作油罐、1個(gè)事故油罐、1個(gè)回油箱、1個(gè)漏油箱、3臺(tái)壓油泵、1個(gè)漏油泵、1套壓油裝置控制系統(tǒng)和相關(guān)附屬設(shè)備組成。壓油裝置和壓油裝置控制系統(tǒng)布置在高程601.7m的電氣夾層。壓油泵工作方式采用間斷制，當(dāng)工作油罐或事故油罐油壓下降到6.1MPa時(shí)，壓油泵啟動(dòng)打油，直到油罐油壓上升到額定工作油壓6.3MPa停止，壓油泵設(shè)有軟啟動(dòng)裝置，避免了油泵處于高壓?jiǎn)?dòng)，提高了油泵及電機(jī)的使用壽命，使電機(jī)啟動(dòng)回路可靠、安全，提高了油源的可靠性。

1、枕頭壩電站調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)組合閥的結(jié)構(gòu)及工作原理

1.1、組合閥的結(jié)構(gòu)

為保證油泵及系統(tǒng)的可靠性，每臺(tái)油泵出口裝設(shè)一臺(tái)組合閥，該組合閥主要是由單向閥、卸荷閥、安全閥及加載電磁閥等部組成的模塊式閥組。

枕頭壩油壓裝置油泵出口使用的閥門為能事達(dá)ZHF-80C型組合閥，該組合閥是一種具有卸荷、安全、單向截止等功能的液壓裝置，它的性能好壞直接影響到整個(gè)油壓裝置的性能，是油壓裝置中重要的液壓元件。

ZHF-80C型組合閥有三個(gè)油口，組合閥進(jìn)油口P，出油口P1和回油口T。P口與油泵的出油口相連，出油口P1與壓力油罐進(jìn)口相連，回油口T1和T2與回油箱相連。

1.2、組合閥的工作原理

ZHF-80C型組合閥包含了單向閥、卸荷閥和安全閥的功能。在先導(dǎo)閥YV1，YV2的控制下，能夠使主閥CV1完成開(kāi)啟和關(guān)閉的動(dòng)作;作用而保持關(guān)CV2為單向閥，在停泵狀態(tài)下由于彈簧力的作用而保持關(guān)閉。

由于大功率螺桿泵的電動(dòng)機(jī)慣量大，所以從啟動(dòng)到穩(wěn)定狀態(tài)需要一定的時(shí)間，如果在螺桿泵達(dá)到額定流量之前就帶上負(fù)載，則會(huì)對(duì)螺桿泵、電機(jī)十分不利。采用卸荷閥可以使螺桿泵啟動(dòng)時(shí)處于卸荷狀態(tài)，待電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值后，才停止卸荷，使螺桿泵輸出額定工作壓力和流量的壓力給壓力油罐。

卸荷閥工況由卸荷先導(dǎo)控制閥YV1與主閥CV1組合完成。

如液壓控制原理圖所示，油泵啟動(dòng)時(shí)，由于油罐中壓力P1和彈簧力的作用，單向閥CV2處于關(guān)閉狀態(tài)。卸荷先導(dǎo)控制閥YV1斷電，主閥CV1控制腔的壓力油通過(guò)YV1排掉，主閥CV1閥芯打開(kāi)，油泵壓力油流過(guò)CV1主油口回到油箱，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。當(dāng)油泵啟動(dòng)5-10秒后，YV1電磁鐵得電，換向閥換向，CV1控制腔建立壓力，是CV1閥芯關(guān)閉。從而P口壓力逐漸上升，當(dāng)高于P1壓力時(shí)，頂開(kāi)單向閥CV2向壓力罐供油。停泵時(shí)，油泵先停止，延時(shí)1-2秒后，卸荷先導(dǎo)控制閥YV1再恢復(fù)初始斷電狀態(tài)，使單向閥關(guān)閉，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。

1.3、組合閥動(dòng)作受力分析

單向閥閥芯和主閥閥芯內(nèi)部均掏空，分別形成腔體A、B，因腔體內(nèi)底部面積較腔體外面積小，在相同壓力油的作用下，閥芯將向上或向左移動(dòng)，故在腔體內(nèi)裝設(shè)具有一定壓緊行程的彈簧，單向閥通過(guò)進(jìn)油油壓將閥芯頂開(kāi)，主閥閥芯的開(kāi)關(guān)通過(guò)卸荷先導(dǎo)電磁閥和安全先導(dǎo)控制閥控制。

①當(dāng)卸荷先導(dǎo)電磁閥未動(dòng)作或安全先導(dǎo)控制閥動(dòng)作時(shí)，B腔與回油連通，閥芯僅靠閥芯內(nèi)彈簧的作用力壓緊關(guān)閉，在油泵打壓時(shí)，此時(shí)油壓P形成對(duì)主閥閥芯底部D的壓力為（），壓力油推動(dòng)主閥閥芯向左移動(dòng)，使得壓力油沿流進(jìn)回油箱，卸載壓力油;

②當(dāng)卸荷先導(dǎo)電磁閥動(dòng)作且安全先導(dǎo)控制閥未動(dòng)作時(shí)，主閥閥芯B腔與回油箱油路斷開(kāi)與進(jìn)油口P連通，此時(shí)作用在閥芯B腔底部的作用力有兩個(gè)，彈簧的壓緊力和油壓P在腔體內(nèi)部的壓力，作用在主閥閥芯底部D的壓力為，因B腔與進(jìn)油口P壓力相同，而D的面積大于B腔底部面積，故;但在B腔上還有彈簧的壓緊力的作用，使得，從而主閥始終保持關(guān)閉狀態(tài)。

主閥在關(guān)閉狀態(tài)，油泵運(yùn)行將使組合閥閥體內(nèi)油壓迅速增加，壓力油在單向閥閥芯底部產(chǎn)生一個(gè)為的力，而當(dāng)時(shí)（為壓油罐油壓對(duì)單向閥A腔的壓力，為單向閥閥芯內(nèi)彈簧），單向閥被頂開(kāi)，油泵將壓力油輸送至壓油罐內(nèi)。

1.4組合閥運(yùn)行狀態(tài)

油泵在組合閥的作用下打壓過(guò)程中分為三種狀態(tài)

卸載狀態(tài)：卸荷閥打開(kāi)油泵輸出的油液流回回油箱的過(guò)程。

加載狀態(tài)：卸荷閥和單向閥均關(guān)閉油泵輸出的油液在閥體內(nèi)迅速產(chǎn)生壓力的過(guò)程。

負(fù)載狀態(tài)：卸荷閥關(guān)閉而單向閥被壓力油頂開(kāi)油液流進(jìn)壓力容器的過(guò)程。

組合閥壓力油由P口流進(jìn)P1口流出，進(jìn)入壓力油罐中。油泵電機(jī)配置有施耐德ATS48C32Q型軟啟動(dòng)器，電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定后，卸荷先導(dǎo)電磁閥未動(dòng)作，此時(shí)壓力油由P口進(jìn)入，由流出回到回油箱，油泵進(jìn)入卸載狀態(tài);待油泵運(yùn)行穩(wěn)定后，卸荷先導(dǎo)電磁閥動(dòng)作，卸荷閥關(guān)閉，此時(shí)油泵進(jìn)入加載狀態(tài)，油泵輸出的油液迅速升高壓力;當(dāng)油泵輸出的油液壓力足以頂開(kāi)單向閥后，油泵進(jìn)入負(fù)載狀態(tài)，此時(shí)油泵開(kāi)始將回油箱油液送至壓力油罐中;當(dāng)油位或油壓到達(dá)額定后停止補(bǔ)油。

2、枕頭壩油壓裝置補(bǔ)油完成停止瞬間異響的分析

因在油壓裝置補(bǔ)油完成停止瞬間卸荷先導(dǎo)電磁閥關(guān)閉，單向閥在彈簧的作用下立即復(fù)位，同時(shí)壓油泵在卸荷先導(dǎo)電磁閥關(guān)閉時(shí)停機(jī)，使得組合閥內(nèi)部油壓由補(bǔ)油油壓（6.3MPa）立即降低為0，使得單向截止閥內(nèi)腔A與主閥外部產(chǎn)生極大壓差（6.3MPa），主閥以極快的速度和極大的沖擊力關(guān)閉，單向閥閥芯撞擊閥體發(fā)出異響，同時(shí)造成組合閥異常振動(dòng);因單向閥關(guān)閉過(guò)快，使得油回路管路中產(chǎn)生一個(gè)較大油錘，沖擊油管路，造成油管路振動(dòng)等現(xiàn)象。

單向閥的撞擊和油回路中的油錘對(duì)組合閥和油管路造成較大傷害，易破壞組合閥和油管路，使得壓力油罐內(nèi)部高壓油滲漏，甚至因管路或組合閥損壞會(huì)造成大量噴油漏油現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)組調(diào)速器失控機(jī)組事故停機(jī)，損害設(shè)備。

3、枕頭壩油壓裝置補(bǔ)油完成停止瞬間異響處理辦法

因停泵時(shí)壓油泵出口壓力瞬間泄壓，導(dǎo)致組合閥內(nèi)單向閥關(guān)閉過(guò)快，造成閥體沖擊和管路振動(dòng)等現(xiàn)象，故減緩單向閥關(guān)閉速度，即可避免停泵時(shí)組合閥異響的問(wèn)題。

通過(guò)增加壓油泵出口泄壓時(shí)間，來(lái)實(shí)降低現(xiàn)組合閥關(guān)閉速度，枕頭壩電站油壓裝置油泵電機(jī)配置的施耐德ATS48C32Q型軟啟動(dòng)器具備軟停功能，通過(guò)軟停的方式即可實(shí)現(xiàn)降低單向閥關(guān)閉速度的目的。

施耐德ATS48C32Q型軟啟動(dòng)器通過(guò)設(shè)置減速斜坡時(shí)間和減速過(guò)程結(jié)束時(shí)變?yōu)樽杂赏＼嚨拈y值，可對(duì)油泵電機(jī)進(jìn)行軟停控制設(shè)置，減速斜坡時(shí)間有如下關(guān)系：

其中dEC為減速斜坡時(shí)間，dEC可通過(guò)人為設(shè)定，枕頭壩電廠經(jīng)過(guò)試驗(yàn)將該值設(shè)置為3S。

減速過(guò)程結(jié)束時(shí)變?yōu)樽杂赏＼嚨拈y值由如下關(guān)系：

其中EdC為減速過(guò)程結(jié)束時(shí)變?yōu)樽杂赏＼嚨拈y值，EdC可通過(guò)人為設(shè)定，枕頭壩電站采用的裝置默認(rèn)值20%。

通過(guò)dEC和EdC的關(guān)系曲線可以看出，軟啟動(dòng)器會(huì)在3S的時(shí)間內(nèi)將電機(jī)力矩油100%下降至0，但因EdC的控制，使得軟啟動(dòng)器在電機(jī)力矩降低至20%額定力矩時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂赏＼嚪绞剑?.4S時(shí)轉(zhuǎn)換為自由停車，此時(shí)電機(jī)的力矩就降低為0。

僅通過(guò)軟啟軟停的方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)減小組合閥閥體內(nèi)壓力下降過(guò)快現(xiàn)象，因若停泵時(shí)組合閥卸載電磁閥復(fù)歸，此時(shí)閥體內(nèi)壓力瞬間將6.3MPa壓力降低至大氣壓，組合閥內(nèi)單向閥關(guān)閉仍會(huì)快速關(guān)閉，故還需要延長(zhǎng)卸載電磁閥復(fù)歸時(shí)間，方可減緩組合閥單向閥關(guān)閉速度。

通過(guò)試驗(yàn)，將枕頭壩電站組合閥卸載電磁閥復(fù)歸時(shí)間設(shè)定為2S，即可減緩減緩組合閥單向閥關(guān)閉速度，解決油壓裝置補(bǔ)油完成停止瞬間異響的現(xiàn)象。

結(jié)論

上述分析了枕頭壩電站使用的ZHF-80C型組合閥在油泵打壓停止時(shí)異響的原因和相關(guān)處理辦法。該型號(hào)組合閥在停泵時(shí)因泵體內(nèi)油壓下降過(guò)快，導(dǎo)致組合閥閥芯撞擊閥體造成較大異響，降低閥體內(nèi)部油壓下降速度即可以消除異響。本方法需配合具備軟停功能的軟啟動(dòng)器實(shí)現(xiàn)，設(shè)置合適的軟停時(shí)間和組合閥卸載電磁閥復(fù)歸時(shí)間即可消除異響。

參考文獻(xiàn)

[1]能事達(dá)ZHF-80C型組合閥用戶手冊(cè)。

[2]施耐德ATS48軟起動(dòng)器編程手冊(cè) 。

[3]范華秀主編：水力機(jī)組輔助設(shè)備，水力電力出版社，1987年。

作者簡(jiǎn)介：

余建生（1992年2月生），現(xiàn)就職于國(guó)電大渡河枕頭壩發(fā)電有限公司，男，四川達(dá)州人，大學(xué)本科學(xué)歷，助理工程師，現(xiàn)主要從事于國(guó)電大渡河公司水電的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)工作。