伏虹潤(rùn)

（重慶大唐國(guó)際彭水水電開發(fā)有限公司設(shè)備部，重慶 409600）

Research and Exploration | 研究與探索·探討與創(chuàng)新

自由浮球式補(bǔ)氣閥在彭水水電站的應(yīng)用

伏虹潤(rùn)

（重慶大唐國(guó)際彭水水電開發(fā)有限公司設(shè)備部，重慶 409600）

鑒于彭水水電站機(jī)組補(bǔ)氣閥投入運(yùn)行后多次出現(xiàn)漏水等缺陷，對(duì)補(bǔ)氣閥漏水原因進(jìn)行了分析，結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改造。改造后徹底解決了原補(bǔ)氣閥漏水等重要缺陷且運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求。

水輪機(jī)；自由浮球；補(bǔ)氣閥；應(yīng)用

0 概述

彭水水電站位于烏江干流下游，安裝5臺(tái)350MW的大型混流式水輪發(fā)電機(jī)組。為減少水流對(duì)水輪機(jī)的氣蝕破壞和改善機(jī)組振動(dòng)情況，在發(fā)電機(jī)頂部設(shè)置有帶液壓緩沖的彈簧式補(bǔ)氣閥（見圖1），進(jìn)行自然補(bǔ)氣。當(dāng)機(jī)組因在非最優(yōu)工況運(yùn)行使得尾水管產(chǎn)生真空而形成水流渦帶時(shí)，補(bǔ)氣閥在大氣壓的作用下，克服彈簧彈力開啟，給轉(zhuǎn)輪下方真空區(qū)進(jìn)行補(bǔ)氣，破壞真空，增加水流彈性，保證機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。補(bǔ)氣閥下方設(shè)有浮筒,當(dāng)有反水現(xiàn)象時(shí)，浮筒在浮力及彈簧彈力的共同作用下保證補(bǔ)氣閥閥盤緊閉，防止漏水。

圖1 彈簧式補(bǔ)氣閥

1 運(yùn)行情況介紹

彭水水電站5臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組于2008年先后投入運(yùn)行。投產(chǎn)后，補(bǔ)氣閥運(yùn)行情況一直不甚理想。在設(shè)備定期檢查過(guò)程中先后發(fā)現(xiàn)補(bǔ)氣閥閥桿螺帽鎖定片脫落、損壞，鎖定螺母松動(dòng)；補(bǔ)氣閥限位螺桿斷裂、螺桿螺母松脫；補(bǔ)氣閥發(fā)卡及聲音異常；補(bǔ)氣閥的浮筒被撞癟等缺陷。2009年汛期更是出現(xiàn)補(bǔ)氣閥閥桿斷裂，造成尾水上涌，水導(dǎo)軸承進(jìn)水的重大缺陷。

2 運(yùn)行缺陷原因分析

①原補(bǔ)氣閥移動(dòng)部件與固定部件之間間隙較小且同心度難以保證，經(jīng)常有發(fā)卡現(xiàn)象發(fā)生，致使閥體關(guān)閉緩慢或關(guān)閉不嚴(yán)；②彈簧式補(bǔ)氣閥的開啟必須在局部產(chǎn)生壓力降，補(bǔ)氣過(guò)程會(huì)在局部產(chǎn)生高流速，這樣容易產(chǎn)生噪聲；③本站彈簧是補(bǔ)氣閥閥移動(dòng)部件重量約200kg，如此重量的部件不斷撞擊轉(zhuǎn)動(dòng)部件，容易造成閥桿疲勞斷裂及密封失效。

3 自由浮球式補(bǔ)氣閥工作原理及特點(diǎn)

為了保證機(jī)組的安全運(yùn)行，在原有設(shè)備不做大改動(dòng)的前提下，增設(shè)了自由浮球裝置（見圖2）。由此組成彈簧式補(bǔ)氣閥和自由浮球式補(bǔ)氣閥的雙重結(jié)構(gòu)。自由浮球式補(bǔ)氣閥由殼體、浮球、緩沖墊、支架、法蘭等部件組成。工作原理為：機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，浮球在自重作用下，位于止動(dòng)墊上，使浮球閥處于常開狀態(tài)，從而保證向中心孔補(bǔ)充的空氣能以最小的阻力進(jìn)入。在中心補(bǔ)氣孔水位上升后，不銹鋼空心浮球在浮力作用下，向上浮起。由于浮球密度低于水，在水位到達(dá)上出水口之前，浮球已經(jīng)能將出水口密封，從而避免尾水逸出。

圖2 自由浮球式補(bǔ)氣閥

自由浮球式補(bǔ)氣閥具有如下特點(diǎn)：

（1）移動(dòng)部件質(zhì)量輕，開關(guān)速度快。從材料力學(xué)的角度來(lái)看，在一定的壓力，通徑條件下，球形浮子具有最小的質(zhì)量，同時(shí)由于自由浮球上升阻力小，所以在浮球閥開啟關(guān)閉過(guò)程中，開關(guān)速度快。

（2）動(dòng)作可靠。浮球閥的移動(dòng)部件為浮球，與靜止部件間有數(shù)十毫米間隙，即使河水中泥砂進(jìn)入相對(duì)移動(dòng)部件中，也不影響動(dòng)作可靠性，在上 升過(guò)程中與靜止部件無(wú)接觸，或是滾動(dòng)摩擦，摩擦力很小。

（3）防止反水效果更好。由于浮球密封為線密封，同時(shí)，由于自由浮球的自動(dòng)定心能力，浮球表面與密封圏表面能充分貼合，所以只需很小的預(yù)壓力即可實(shí)現(xiàn)密封，同時(shí)由于浮球上升速度快，能及時(shí)密封，防止反水能力強(qiáng)。

（4）浮球閥補(bǔ)氣量充足，通道穩(wěn)定，無(wú)振蕩。浮球閥在補(bǔ)氣過(guò)程中為常開狀態(tài)，開度與補(bǔ)氣管一致，不需要再通過(guò)在此形成壓力降來(lái)開啟浮球閥。在補(bǔ)氣過(guò)程中，浮球始終處于下部位置，補(bǔ)氣通道穩(wěn)定。從控制理論來(lái)看，自由浮球式空氣閥在補(bǔ)氣過(guò)程中的動(dòng)態(tài)特性為一比例環(huán)節(jié),不會(huì)因?yàn)樗鞯膲毫γ}動(dòng)產(chǎn)生振蕩,具有良好的補(bǔ)氣特性。

（5）浮球閥安裝位置比較靈活。浮球閥安裝位置所受限制較少小，為水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)方便。

4 自由浮球式補(bǔ)氣閥改造效果

2009年汛末至2010年汛前的機(jī)組檢修工作中，彭水水電站對(duì)5臺(tái)機(jī)組的補(bǔ)氣閥進(jìn)行了改造。在2010年汛期，彭水水電站最大下泄流量超過(guò)10000m3/s，最高尾水位達(dá)232.5m，五臺(tái)機(jī)組自由浮球式補(bǔ)氣閥一直運(yùn)行正常，未出現(xiàn)一例補(bǔ)氣閥漏水事件。尤其在6月中旬機(jī)組例行檢查期間發(fā)現(xiàn)2#機(jī)組原彈簧式補(bǔ)氣閥的閥軸斷裂，浮筒掉落，完全失去封水的作用。自由浮球式補(bǔ)氣閥很好的發(fā)揮了密封作用，沒(méi)有出現(xiàn)任何滲漏，避免一起水淹廠房事故的發(fā)生。彭水水電站自由浮球式補(bǔ)氣閥改造工作的成功，徹底解決了原補(bǔ)氣閥漏水等重要缺陷，同時(shí)為其他同類型水電站補(bǔ)氣閥的選型、設(shè)計(jì)及改造提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。

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