水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓沖擊研究

左嘉程 楊子江 卞鑫圣

摘 要：水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，屬于一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)模式，其組成部分包括水輪機(jī)控制設(shè)備系統(tǒng)與被控制系統(tǒng)；在其被控制系統(tǒng)當(dāng)中，又細(xì)分為電壓調(diào)節(jié)器、發(fā)電機(jī)、引水系統(tǒng)以及泄水系統(tǒng)等。值得注意的是，根據(jù)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況來(lái)看，多因素影響下會(huì)產(chǎn)生液壓沖擊，進(jìn)而影響系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及安全性。鑒于此，本課題在分析水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓沖擊產(chǎn)生相關(guān)影響因素的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提到一些降低發(fā)生液壓沖擊的方法，以期使水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性及安全性得到有效保障。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；調(diào)節(jié)系統(tǒng)；液壓沖擊；可靠性；安全性

Abstract： turbine governing system， belongs to a closed loop system mode， its components include the turbine control equipment system and the controlled system； In the control system， it is further subdivided into voltage regulator， generator， water diversion system and drainage system. It is worth noting that， according to the operation condition of the turbine governing system， hydraulic impact will be generated under the influence of multiple factors， which will further affect the reliability and safety of the system operation. In view of this， this topic in the turbine governing system hydraulic impact on the basis of analysis of the relevant factors， and further mentioned some methods to reduce the occurrence of hydraulic impact， in order to make the turbine governing system operating reliability and safety are effectively guaranteed.

Keywords： water turbine；Regulating system；Hydraulic impact；Reliability； security

由水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生的液壓沖擊，指的是基于液壓系統(tǒng)當(dāng)中，因受到一些因素的影響，導(dǎo)致液體壓力突然性交替上升或者下降，進(jìn)而產(chǎn)生的阻尼波動(dòng)過(guò)程，此過(guò)程便稱(chēng)之為液壓沖擊。通過(guò)工作經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)發(fā)生液壓沖擊的情況下，其沖擊壓力與正常工作壓力相比，可高出3-4倍，會(huì)導(dǎo)致一些元器件受到損壞或失效，比如：傳感器、密封裝置等，進(jìn)一步使系統(tǒng)的正常、穩(wěn)定運(yùn)行受到嚴(yán)重影響。由此可見(jiàn)，便有必要了解水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓沖擊相關(guān)影響因素，然后采取有效解決方法，使液壓沖擊的發(fā)生得到有效控制，進(jìn)而提高系統(tǒng)運(yùn)行的效率及質(zhì)量。

1.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓沖擊相關(guān)影響因素分析

水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓沖擊的發(fā)生，會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)行效益，根據(jù)實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了以下影響因素：

（1）主配壓閥控制因素?；谒啓C(jī)調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)當(dāng)中，主配壓閥主要起到對(duì)接力器的開(kāi)啟、關(guān)閉進(jìn)行有效控制的作用，同時(shí)，使接力器保持中位；當(dāng)系統(tǒng)處于運(yùn)行狀態(tài)條件下，接力器動(dòng)作由主配壓閥實(shí)時(shí)監(jiān)控；如果液體處于管路當(dāng)中流動(dòng)，主配壓閥突然性回復(fù)到中位，則此時(shí)管路當(dāng)中的液體流速將會(huì)突然之間下降到“零”；基于此過(guò)程，液壓油的動(dòng)能被轉(zhuǎn)為成為壓力能，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的壓力急劇上升，最終產(chǎn)生壓力沖擊波。相反，倘若主配壓閥突然性呈現(xiàn)開(kāi)啟狀態(tài)，那么壓力罐合主配壓閥之間的管路壓力便會(huì)立即下降。

（2）接力器與導(dǎo)水構(gòu)件的慣性力因素。當(dāng)接力器與導(dǎo)水構(gòu)件基于制動(dòng)、換向狀態(tài)條件下，由于受到主配壓閥突然性閉合狀態(tài)的影響，在慣性的作用下導(dǎo)水構(gòu)件會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)一步導(dǎo)致壓力快速提高，最終產(chǎn)生液壓沖擊。

總之，水輪機(jī)調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)當(dāng)中，主配壓閥、接力器均易導(dǎo)致液壓沖擊的發(fā)生，如果發(fā)生液壓沖擊，將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)一些元器件受到損壞或失效，進(jìn)而影響系統(tǒng)的正常、安全運(yùn)行。因此，需對(duì)液壓沖擊充分重視，加強(qiáng)防控措施方法的實(shí)施。

2.水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓沖擊預(yù)防處理方法分析

如前所述，水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)液壓沖擊的產(chǎn)生，與系統(tǒng)中的主配壓閥、接力器之間密不可分。因此，有必要采有效預(yù)防處理方法，降低液壓沖擊的發(fā)生，確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全性及可靠性?？偨Y(jié)起來(lái)。具體預(yù)防處理方法如下：

2.1主配壓閥相關(guān)預(yù)防處理方法

在水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，因主配壓閥快速開(kāi)啟或閉合產(chǎn)生液壓沖擊是關(guān)鍵因素，為了有效預(yù)防處理，可采取以下方法：

（1）基于條件允許的狀態(tài)下，對(duì)主配壓閥的開(kāi)啟速度合理降低，或合理降低其關(guān)閉速度，使換向時(shí)間t得到有效延長(zhǎng)。由于主配壓閥的開(kāi)啟及關(guān)閉速度會(huì)遭遇先導(dǎo)元件運(yùn)動(dòng)速度的影響，因此基于電磁閥油口部位可以進(jìn)行阻尼器的設(shè)置，或者設(shè)置可調(diào)節(jié)流閥，使主配壓閥的換向速度得到合理降低。除此之外，基于滑閥完全閉合之前，可對(duì)管道內(nèi)液體的流速進(jìn)行合理控制，使其流速合理降低；例如：在先導(dǎo)元件方面，選擇使用伺服閥或者比例閥，然后基于閥芯上進(jìn)行錐形槽或者V形槽的設(shè)置，使主配壓閥基于中位附近的運(yùn)動(dòng)速度有效降低，進(jìn)而使液壓沖擊得到大大的降低。

（2）可采取對(duì)管徑進(jìn)行增大處理的方法，同時(shí)降低流速，進(jìn)而使流速的變化值有效降低，這樣能夠使緩沖的壓力大大降低。或者，確保布管的合理性，采取對(duì)管長(zhǎng)合理縮短的方式，使管道變徑、彎曲等問(wèn)題的發(fā)生得到有效避免，進(jìn)而使液壓沖擊壓力降低。

（3）基于主配壓閥完全復(fù)中之前，合理降低液體的流速。為了使此處理方法得到有效實(shí)現(xiàn)，需考慮主配壓閥的油口模式，通常為矩形口，或者圓形口；若為矩形口，在壓力流量特性曲線(xiàn)方面，呈線(xiàn)性，基于主配壓閥完全復(fù)中之前沒(méi)有緩沖壓力；但如果為圓形口，在壓力流量特性曲線(xiàn)方面，基于中位附近存在比較高的緩沖壓力。因此，主配壓閥油口可使用圓形口，進(jìn)而采取降低液體流速的方式，使液壓沖擊大大降低。

2.2接力器相關(guān)預(yù)防處理方法

針對(duì)接力器導(dǎo)致水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊的問(wèn)題，在預(yù)防處理過(guò)程中具體方法為：

（1）基于接力器端部進(jìn)行節(jié)流緩沖裝置的設(shè)置，使接力器端部的排油速度得到有效控制，尤其是接力器臨近暫停狀態(tài)條件下的關(guān)閉速度，可達(dá)到平穩(wěn)無(wú)沖擊的效果。

（2）基于容易發(fā)生液壓沖擊的管路單重，進(jìn)行蓄能裝置的安裝，使沖擊壓力被有效吸收，進(jìn)而降低液壓沖擊壓力。

（3）通過(guò)對(duì)系統(tǒng)各部件的優(yōu)化設(shè)計(jì)及參數(shù)的合理設(shè)置，使接力器以及相關(guān)聯(lián)動(dòng)構(gòu)件的性能及質(zhì)量得到有效保障，進(jìn)而使液壓沖擊的發(fā)生得到有效預(yù)防控制。

3.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，主配壓閥、接力器是導(dǎo)致水輪機(jī)調(diào)節(jié)系統(tǒng)產(chǎn)生液壓沖擊的主要影響因素。因此，需針對(duì)主配壓閥采取相關(guān)預(yù)防處理方法及對(duì)接力器采取相關(guān)預(yù)防處理方法。此外，本人認(rèn)為在預(yù)防處理工作開(kāi)展前，還有必要對(duì)液壓沖擊進(jìn)行詳細(xì)科學(xué)地計(jì)算，了解液壓沖擊相關(guān)參數(shù)指標(biāo)情況，進(jìn)而結(jié)合相應(yīng)的處理方法，優(yōu)化系統(tǒng)參數(shù)，大大降低液壓沖擊的發(fā)生。

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作者簡(jiǎn)介：

左嘉程（1998—），男，漢族，貴州貴陽(yáng)，本科，研究方向：能源與動(dòng)力工程。

楊子江（1996—），男，漢族，四川樂(lè)山，本科，研究方向：能源與動(dòng)力工程。

卞鑫圣（1998—），男，漢族，貴州興義，本科，研究方向：能源與動(dòng)力工程。