枕頭壩一級水電站調(diào)速器油壓裝置打壓補油后異響的分析及處理

余建生 李春平

摘要：水輪發(fā)電機調(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，以實現(xiàn)水輪發(fā)電機組的開停機、頻率和負荷調(diào)節(jié)。針對枕頭壩電站調(diào)速器油壓裝置在打壓補油停止瞬間異響分析，并提出一套消除異響的實現(xiàn)方案，解決油壓裝置的異常運行狀態(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

枕頭壩一級電站共布置4套水輪機調(diào)速器油壓裝置系統(tǒng)，每套油壓裝置系統(tǒng)由1個工作氣罐、1個工作油罐、1個事故油罐、1個回油箱、1個漏油箱、3臺壓油泵、1個漏油泵、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，壓油泵啟動打油，直到油罐油壓上升到額定工作油壓6.3MPa停止，壓油泵設(shè)有軟啟動裝置，避免了油泵處于高壓啟動，提高了油泵及電機的使用壽命，使電機啟動回路可靠、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，每臺油泵出口裝設(shè)一臺組合閥，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型組合閥有三個油口，組合閥進油口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完成開啟和關(guān)閉的動作;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機慣量大，所以從啟動到穩(wěn)定狀態(tài)需要一定的時間，如果在螺桿泵達到額定流量之前就帶上負載，則會對螺桿泵、電機十分不利。采用卸荷閥可以使螺桿泵啟動時處于卸荷狀態(tài)，待電動機轉(zhuǎn)速達到一定值后，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，油泵啟動時，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YV1排掉，主閥CV1閥芯打開，油泵壓力油流過CV1主油口回到油箱，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。當(dāng)油泵啟動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，頂開單向閥CV2向壓力罐供油。停泵時，油泵先停止，延時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，故在腔體內(nèi)裝設(shè)具有一定壓緊行程的彈簧，單向閥通過進油油壓將閥芯頂開，主閥閥芯的開關(guān)通過卸荷先導(dǎo)電磁閥和安全先導(dǎo)控制閥控制。

①當(dāng)卸荷先導(dǎo)電磁閥未動作或安全先導(dǎo)控制閥動作時，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，此時油壓P形成對主閥閥芯底部D的壓力為（），壓力油推動主閥閥芯向左移動，使得壓力油沿流進回油箱，卸載壓力油;

②當(dāng)卸荷先導(dǎo)電磁閥動作且安全先導(dǎo)控制閥未動作時，主閥閥芯B腔與回油箱油路斷開與進油口P連通，此時作用在閥芯B腔底部的作用力有兩個，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)生一個為的力，而當(dāng)時（為壓油罐油壓對單向閥A腔的壓力，為單向閥閥芯內(nèi)彈簧），單向閥被頂開，油泵將壓力油輸送至壓油罐內(nèi)。

1.4組合閥運行狀態(tài)

油泵在組合閥的作用下打壓過程中分為三種狀態(tài)

卸載狀態(tài)：卸荷閥打開油泵輸出的油液流回回油箱的過程。

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)生壓力的過程。

負載狀態(tài)：卸荷閥關(guān)閉而單向閥被壓力油頂開油液流進壓力容器的過程。

組合閥壓力油由P口流進P1口流出，進入壓力油罐中。油泵電機配置有施耐德ATS48C32Q型軟啟動器，電機運行穩(wěn)定后，卸荷先導(dǎo)電磁閥未動作，此時壓力油由P口進入，由流出回到回油箱，油泵進入卸載狀態(tài);待油泵運行穩(wěn)定后，卸荷先導(dǎo)電磁閥動作，卸荷閥關(guān)閉，此時油泵進入加載狀態(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單向閥后，油泵進入負載狀態(tài)，此時油泵開始將回油箱油液送至壓力油罐中;當(dāng)油位或油壓到達額定后停止補油。

2、枕頭壩油壓裝置補油完成停止瞬間異響的分析

因在油壓裝置補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，同時壓油泵在卸荷先導(dǎo)電磁閥關(guān)閉時停機，使得組合閥內(nèi)部油壓由補油油壓（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，同時造成組合閥異常振動;因單向閥關(guān)閉過快，使得油回路管路中產(chǎn)生一個較大油錘，沖擊油管路，造成油管路振動等現(xiàn)象。

單向閥的撞擊和油回路中的油錘對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造成大量噴油漏油現(xiàn)象，導(dǎo)致機組調(diào)速器失控機組事故停機，損害設(shè)備。

3、枕頭壩油壓裝置補油完成停止瞬間異響處理辦法

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

通過增加壓油泵出口泄壓時間，來實降低現(xiàn)組合閥關(guān)閉速度，枕頭壩電站油壓裝置油泵電機配置的施耐德ATS48C32Q型軟啟動器具備軟停功能，通過軟停的方式即可實現(xiàn)降低單向閥關(guān)閉速度的目的。

施耐德ATS48C32Q型軟啟動器通過設(shè)置減速斜坡時間和減速過程結(jié)束時變?yōu)樽杂赏＼嚨拈y值，可對油泵電機進行軟?？刂圃O(shè)置，減速斜坡時間有如下關(guān)系：

其中dEC為減速斜坡時間，dEC可通過人為設(shè)定，枕頭壩電廠經(jīng)過試驗將該值設(shè)置為3S。

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

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

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

僅通過軟啟軟停的方式無法實現(xiàn)減小組合閥閥體內(nèi)壓力下降過快現(xiàn)象，因若停泵時組合閥卸載電磁閥復(fù)歸，此時閥體內(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)閉仍會快速關(guān)閉，故還需要延長卸載電磁閥復(fù)歸時間，方可減緩組合閥單向閥關(guān)閉速度。

通過試驗，將枕頭壩電站組合閥卸載電磁閥復(fù)歸時間設(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異響的原因和相關(guān)處理辦法。該型號組合閥在停泵時因泵體內(nèi)油壓下降過快，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器實現(xiàn)，設(shè)置合適的軟停時間和組合閥卸載電磁閥復(fù)歸時間即可消除異響。

參考文獻

[1]能事達ZHF-80C型組合閥用戶手冊。

[2]施耐德ATS48軟起動器編程手冊 。

[3]范華秀主編：水力機組輔助設(shè)備，水力電力出版社，1987年。

作者簡介：

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