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第 3 9卷第 8期 2 0 1 3 年8 月 水 力 发 电 溪 洛 渡 水 电 玷 液 压 启 闭 讥 开 度 仪 应 用 侯春尧 ,李亚伟 ,席前伟 溪洛渡水力发 电厂 ,云南 永 善 6 5 7 3 0 0 摘要 溪洛渡水电站在各类弧 门、闸门的液压启闭机上安装了 3 种 不同型号 的开度仪装置 。介绍了 3种开度仪装 置 的结构特点 、工作原理及 日常维护方法 ,对 日后开度仪的运行 、维护 、检修具有一定 的指导意义 ,也为电站的正 常运行提供了保障。 关键词 开度仪 ;液压启闭机 ;工作原理 ;维护 ;溪洛渡水电站 Ap p l i c a t i o n o f Hy d r a u l i c Ho i s t s Op e n i n g I n s t r u me n t s i n Xi l u o d u Hy d r o p o we r S t a t i o n H 0 U C h u n y a o , L I Y a w e i , X I Q i a n w e i Xi l u o d u Hy d r o p o we r P l a n t , Yo n g s h a n 6 5 7 3 0 0 , Yu n n a n , Ch i n a Ab s t r a c t Xi l u o d u Hy d r o p o w e r S t a t i o n i n s t a l l s t h r e e d i f f e r e n t t y p e s o f o p e n i n g i n s t r u c t i o n s i n t h e h y d r a u l i c h o i s t s o f g a t e s . T h e s t r u c t u r a l c h a r a c t e r i s t i c s , o p e r a t i n g p r i n c i p l e s a n d ma i n t e n a n c e me t h o d s o f t h r e e t y p e s o f o p e n i n g i n s t r u c t i o n s a r e s t u d i e d , wh i c h w i l l g u i d e t h e o p e r a t i o n , ma i n t e n a n c e , r e p a i r o f o p e n i n g i n s t ruc t i o n s a n d p r o v i d e g u a r a n t e e t o t h e s a f e a n d n o r ma l o p e r a t i o n o f s t a t i on i n t he f u t u r e . Ke y W o r d s o p e n i n g i n s t ru me n t ; h y d r a u l i c h o i s t ; o p e r a t i n g p r i n c i p l e ; ma i n t e n a n c e ; Xi l u o d u Hy d r o p o we r S t a t i o n 中图分类号 T V 6 6 4 . 2 2 7 4 文献标识码 B 文章编号 0 5 5 9 9 3 4 2 2 0 1 3 0 8 0 0 3 6 0 3 溪 洛 渡 水 电 站 主 要 建 筑 物 由 混 凝 土 双 曲 拱 坝 、 泄 洪建 筑 物 和地 下 引水 发 电系统 组 成 。泄 洪方 式 采 取“ 分 散 泄洪 、分 区消 能 ” 的布 置 原则 .在 坝 身 布 设 7个 表孑 L、8个 深 孔 ;左 、右 岸 各 布置 2条 泄 洪 洞 ;左 、右岸 地 下 厂房 各 安装 9台发 电机 组 ,每 台 机 组 对 应 配 置 有 快 速 闸 门 。 表 孑 L、深 孔 、泄 洪 洞 的 工 作 弧 门 和 机 组 快 速 闸 门 均 由 液 压 启 闭 机 操 作 。 1 闸门开度仪特点简介 闸 门 开 度 仪 是 一 种 通 过 利 用 活 塞 杆 伸 缩 运 动 达 到 测 量 线 性 或 非 线 性 位 移 为 目 的 的 装 置 。 是 液 压 启 闭机 中重要 的传感 器 部件 。溪 洛渡 水 电站进 水 口快 速 闸 门 、深 孑 L 工作 弧 门及 表 孔 工作 弧 门液 压 启 闭机 采用 同一 型 号 闸 门开 度 仪 ,即 YQ XI I 型 内置 式 开 度 仪 泄 洪 洞 工 作 弧 门液 压 启 闭 机 采 用 C I MS MK Ⅱ 系 统 及 F DKI V型 外 置 式 闸 门 开 度 仪 。 开 度 仪 具 体 型 号 及 数 量 参 见 表 1 。 1 . 1 Y QX I l 一 4 1 2 m 型 开度仪 1 . 1 . 1 结构特 点 YQX一1 1 4 1 2 I n型 开 度 仪 的技 术 指 标 如 表 2所 示 ,其 结 构特 点 ① 加 有 基本 恒 定预 紧力 的不 锈 钢 表 1 溪洛渡水电站闸门开度仪总况 钢丝 绳在 卷筒 表 面绳槽 上缠 绕, 每 圈长 度相 等 ,有 效 提 高 检测 精 度 和 重 复 精度 。② 恒 力 弹 簧 在 卷 筒 左 、 右侧 对称 布置 ,结构 受 力均 衡 ,检 测全 程运 转平 稳 , 噪 音小 。③ 开 度仪 装 于 液压 缸顶 部 ,传 动 部 分 与活 塞 杆连接 ,提 高抗环 境干扰 性 ,传动部 分润 滑性 好 , 动 作可靠 ,工作 寿命 长 。 1 . 1 . 2工作原 理 开 度 仪 安 装 在 液 压 缸 顶 部 的 端 盖 上 , 通 过 钢 丝 绳 与 活 塞 杆 相 连 接 , 当 液 压 启 闭 机 的 活 塞 杆 处 于 上 限位 时 ,钢丝 绳 因恒 力 弹 簧 的 同收力 的存 在 ,均 l布 收稿 日期 2 0 1 3 0 6 0 3 作者简介 侯春尧 1 9 8 5 一 ,男 ,四川德 阳人 , L程师 ,从 事 水电站 电气控制设 备的检修维护工作. 第 3 9卷第 8期 侯春尧, 等 溪洛渡水电站液压启闭机开度仪的应用 表 2 Y QX一 一 4 1 2m 型开度仪技术指标 开度仪 测量最测量精 单圈测量 工作压最大速 整绳破断 型号 大行程/ m 度/ mm 行程/ mm力/MP a 度/ m s 拉力 Y Q X -I I 1 2m 1 2 O . 5 5 8 1 . 1 9 1 0 1 / 6 2 0 0 0 缠 绕 在 卷 筒 上 。 活 塞 杆 外 伸 时 ,钢 丝 绳 随 活 塞 杆 移 动 而被 拉 出 ,带 动卷 筒 旋 转 ,当 活塞 杆 回缩 时 ,依 靠 弹 簧 的 回收 力带 动 卷 筒 旋转 ,并 使 钢 丝绳 始 终 以 张 紧 状 态 被 回 收 卷 绕 在 卷 筒 上 。 由 于 卷 筒 轴 一 端 通 过 联 轴 器 与 旋 转 编 码 器 相 连 ,故 旋 转 编 码 器 与 卷 筒 同步 旋 转 ,从 而 完成 了从 活 塞 杆伸 缩 的直 线 位移 量 到旋 转 编码 器 所 产 生 格雷 码 信 号 的转 换 过 程 ,并 通 过专 用 电缆线 把 信 号 发送 至 液 压启 闭机 自动 化 控制 系统 .实 现对 闸门 开度 数 字 化 显示 和液 压 启 闭机 操 作 系 统 的 自动 化 控 制 。 在 卷 筒 轴 的 另 一 端 安 装 有 极 限位 置 开 关 .按 照 装 置 的额 定 检 测 开度 ,经 计算 好 的传 动 齿 轮 速 比控 制 ,使 两 副 限 位 开关 的安 装 位 置 夹 角 不 超 过 3 3 0 。 . 如 图 1所 示 。 图 1 内置 式 开 度 仪 原 理 限 位 开 关 采 用 红 外 线 光 束 型 位 置 开 关 ,用 于 开 度 极 限 位 置 停 机 的 双 重 保 护 。 开 关 通 过 主 轴 连 接 在 传 感 器上 .传感 器 带 动 主 轴转 动 近 而 使 连接 在 主轴 上 的挡 光 片转 动 ,到达需 要 长度 时 ,主轴 停止 转 动 , 挡 光 片停 在 光 电开关 中 .使 电源 中断 ,起 到 限位 停 机 的作 用 。 编 码 器 是 绝对 值 型 编 码 器 ,通 过 同步 串行 接 口 S S I接 口传 输相 应 的 轴 的位 置值 ,最 大分 辨 率 为 6 5 5 3 6步 / 圈 ,共 1 6 3 8 4圈 。 1 . 2 Cl MS MK l l 系统 C I MS MK Ⅱ系 统 的 技 术 指 标 如 表 3所 示 。 表 3 CI MS MK ll 系统技术指标技术指标 C I MS MK Ⅱ系 统 的 工 作 原 理 如 图 2所 示 。 首 先 利 用 精 密 的 数 控 机 床 在 活 塞 杆 母 材 表 面 加 工 出 微 小 、 均 布 的 平 底 、平 顶 齿 沟 ,以 此 作 为 行 程 检 测 的量 度 , 然 后 以 高压 、高 温 火 焰 喷 射 特 种 陶 瓷 ,行 程 耐磨 、 耐 蚀 的 非 导 磁 层 . 经 研 磨 加 工 后 作 为 活 塞 杆 工 作 表 面 。 当 活 塞 杆 运 行 时 ,安 装 在 油 缸 头 部 并 紧 贴 活 塞 杆 表 面 的 C I MS探 头 . 可 测 得 活 塞 杆 上 齿 顶 、齿 底 部 位 磁 场 波形 变 化 的脉 冲信 号 ,并 将 该信 号 传 输 给 电 气 控 制 装 置 进 而 转 换 成 活 塞 行 程 的 数 字 显 示 。 L 。 ⋯ 图 2 Cl MS MK 系 统 的 运行 原 理 4个 磁 阻 元 件 构 成 2个 一 半 的 惠 斯 登 电 桥 , 用 来 检测 突变 的磁场 。传 感元 件 由高频 正 弦信 号激励 , 由活 塞杆 位 移 信 息调 制输 出信 号 ,这 2种 信号 连 同 参 考 的激 励 信 号 变换 为 增 量 的 A 和 B计 数 脉 冲 。A 和 B脉 冲 变 换 为 对 电磁 干 扰 极 不 敏 感 且 具 有 高 达 9 0 0 m 传 输 能 力 的 E I A R S 一 4 2 2标 准 化 格 式 。 A和 B脉 冲 的顺 序 决 定 活 塞 杆运 动 方 向 在 B 脉 冲 由低到 高之前 ,A脉 冲 由低到 高 ,油 缸伸 出 ;在 A脉 冲 由低 到高 之前 ,B脉 冲 由低 到高 ,油 缸缩 回。 传 感 器位 于油 缸顶 部 ,在 压力 密 封 后 的 高压 区 域 外 面 的分 离 法 兰上 , 用 不 锈钢 板簧 悬 浮 ,保证 它 的位 置朝 着 活 塞 杆 。 由传 感器 引 出 的 电线 进入 电子 设 备 的 印刷 电路板 ,通 过 电缆 压 盖供 电 ,压 盖使 用 双 组分 环 氧树脂 充 填使 电子设 备获 得 I P 6 8的防护 等 级 。 由机 械 应 变 和 活 塞 杆 的温 度 改 变 引 起 的位 移 . C I MS MK Ⅱ系 统 不 测 量 。 1 . 3 F DK I V型 外置 式 开度仪 1 . 3 . 1 结构 特 点 F DKI V型 外 置 式 开度 仪 的 技 术 指 标 如 表 4所 a t e r P o w e r V o 1 . 3 9 N o . 8嘲 水 力 发 电 2 0 1 3年 8月 示 ,其 结构 特 点 ① 采 用 恒 张 力 收 绳 卷 筒 的 装 置 , 消 除 了测 量钢 丝绳打 滑现 象 ,对 安装 空 间没有要 求 。 ② 设置 自动排 绳 机构 ,可 实现 自动排 绳 功 能 。③ 内 部 装 有 单 向 止 动 装 置 在 止 动 位 置 ,钢 丝 绳 只 出不 进 ,便 于安装 。④ 内部装设 无 源触点 开关 ,实 现 闸 门位 置控 制 。⑤ 具有 断 绳 制动 功 能 ,发 生 断绳 事 故 迅 速保 护 。⑥ 具 有 多种 输 出形 式 。⑦ 测 量控 制 精度 高 ,操 作 维修 方 便 ,可 连 续 、稳 定 工作 。⑧ 具 有 浪 涌保 护单元 ,防止感 应雷及 电源波动 的 冲击 损坏 。 表 4 F D K IV型外置式 开度仪技术指标 1 . 3. 2 工作 原理 F D KI V型外置 式 开度仪 的检 测原 理是 将较 大量 程 的 线位 移转 化 为 角位 移 进行 测 量 ,其 优 点是 测 量 精 度 高 、结构 紧凑 、安 装 调试 方便 。开 度仪 由不 锈 钢 钢 丝 绳 、 自动 排 绳 机 构 、收 绳 机 构 、光 电 编 码 器 、 精 密齿 轮 丝杆 传 动机 构 、位置 开 关及 保 护端 子 排 等 组 成 。 闸 门 运 动 时 ,测 量 轮 在 收 绳 机 构 和 钢 丝 绳 的 带 动下 转 动 ,将 油 缸活 塞 杆或 闸门 开度 的 线位 移转 换 成 测量 卷筒 的角位 移 ,光 电编码 器 将 卷筒 的角 位 移 量转 换 成对 应 的数 字 脉 冲 量 ,经 开度 显 示 仪 处 理 后 .显 示 f I J 油 缸 的 直 接 行 程 量 并 送 P L C 进 行 解 算 或 直接 将 编 码 器信 号 送 P L C处 理 .得 出 闸门 移 动 的 位 移 量 即 闸 门 当前 所 处 的 位 置 。 F DK一 1 V型 外 置 式 开 度 仪 的 检 测 原 理 如 图 3所 示 。 图 3 F DK IV型外置式开度仪检测原 理示意 2 闸门开度仪的日常维护 2 。 1 Y QX 一 一 4 1 2 m 型开度 仪 的维护 调 整 光 电 限位 开关 的 具体 步 骤 ① 按 照端 子 线 号连 接 上 电源 。② 检查 限 位 开关 中的 光 电开关 上 否 有 红 光 ,如 有 说 明 电 源 连 接 正 确 ,如 没 有 则 需 检 查 电源 连 接是 否 正确 。⑧ 当油 缸 活塞 未 开始 运 动 时挡 光 片处 于上 限 位 .此 时检 查 上 限位 处 的 光 电开关 是 否 灯 亮 有 红 光 。 如 果 灯 亮 则 说 明 挡 光 片 位 置 需 要 调 节 .这 时 首 先 要 松 开 锁 紧 螺 钉 ,然 后 松 开 定 位 板 螺 钉 ,接 着 调 节 螺 钉 直 至 红 灯 熄 灭 当 挡 光 片 处 于 光 电 开 关 中 间 时 红 灯 熄 灭 ,最 后 依 次 旋 紧 锁 紧 螺 钉 和 定 位 板 螺 钉 就 完 成 了 上 限 位 的 调 节 。 当 油 缸 活 塞 运 行 到 头 , 挡 光 片 处 于 下 限 位 ,检 查 下 限 位 处 的 光 电 开 关是 否有 红 光 ,如 有 则按 照 上 限位 处相 同步 骤调 节 即 可 。 2 . 2 Cl MS MK l l 系统 的安装 与维护 安 装 C I MS传 感 器 的具 体 步骤 ① 清 理 油 缸 上 的安装 表 面 。② 在 正确 的位置 上 ,即相 对 于油 缸 的 前 面安 装 传 感 器 。就 灵 敏 度 轴 线 和 输 信 号 而 论 . 在 这 个位 置 上安 装 传感 器 是最 为 合理 的 。如果 相对 于 活塞 杆 的运 动 获得 错 误 的输 出信 号 ,把 传 感器 调 转 1 8 0 。 。③ 安 装 之前 ,小 心地 把 滑瓦 放进 正 确 的位 置 上 。④ 安 装 4枚 M6内六 角 螺 钉到 油 缸 上 的 螺纹 孔 中 , 固定 住 C I MS传 感 器 。⑤ 为 防止 透 水 , 密 封 漆封 闭 CI MS传感 器外 壳 和油缸之 间 的缝隙 2 . 3 F DK I V型外 置式 开度 仪的维 护 运 用 在 溪 洛 渡 水 电 站 的 F DKI V型 外 置 式 开 度 仪 没 有 安 装 光 电 编 码 器 , 只 使 用 了 行 程 开 关 作 为 泄 洪 洞 工 作 弧 门 的 全 开 、 全 关 位 置 的 保 护 。 在 现 场 调 试 中 ,泄 洪 洞 弧 门 到 达 全 关 位 时 ,将 行 程 开 关 调 节 块 全 关 位 进 行 调 整 , 直 至 电 气 控 制 柜 上 能 够 发 出全关位 信息 ,锁 紧调节块 全 关位 。全 开位 的调 整 方式 与全关 位完 全相 同 。 2 . 4 开 度仪 常见 缺 陷及处 理 1 内置式开 度仪 中弹簧 发条松 脱 。造成 后果 编码 器误 报 信号 ;启 门 时钢丝 绳 不 能收 紧 ,可能 被 挤 入 活 塞 与 缸 筒 内壁 的 间 隙 造 成 拉 缸 事 故 。 处 理 方 法 更换 开度 仪弹 簧盒 优 化 弹簧 固定方式 。 2 内 置 式 开 度 仪 编 码 器 通 过 主 轴 方 向 漏 油 造 成后 果 缸旁接 线端 子短路 、控制 系统 误报 信号 、 损 坏 控制 设 备 。处 理方 法 及 时 更换 损 坏 的 主轴 密 封 ;优 化主 轴密封 形式确 保不 会漏油 。 3 内 置 式 开 度 仪 布 线 器 卡 阻 。 造 成 后 果 钢 丝绳 易拉 断 造 成拉 缸事 故 。处理 方 法 保持 油 液 清 洁 度 在 要 求 范 围 内 。 4齿 轮式 限位 开 关难 于 调 整较 为接 近 的两个 限位 。造 成 后果 无法 准 确报 出限 位到 达信 号 。处 理 方 法 更 换 为 丝 杆 式 限 位 开 关 。 5 齿 轮式 限位 开 关磨 损 较 大 。造成 后 果 无 法 准确 报 出限 位 到达 信 号 。处理 方 法 更 换 齿轮 式 限 位 开 关 。 6 外 置 式 开 度 仪 机 械 结 构 易 受 外 部 恶 劣 条 件 腐 蚀 。造成 后 果 钢 丝 绳 易断 裂 ,无 法 正常 启 闭 『 申 J 门。处 理方 法 更 换 开 度仪 ;优 化 选 型进 行 改造 成 为 内 置 式 开 度 仪 。 3 结语 通 过对 3种 不 同开 度 仪 的技 术 下转 第 4 1页 第 3 9卷第 8 期 蔡伟, 等 溪洛渡水电站水轮机主轴中心补气系统设计优化 位 多 ,漏 水 的 风 险大 。 因此 ,连 接 处 密 封结 构 的可 靠 性 对 整 个 主 轴 中 心 补 气 系 统 至 关 重 要 。 溪 洛 渡 电 站 补 气 管 分 段 处 主 要 采 取 了 2种 密 封 结 构 , 即 平 面 静 压式 密封 和组 合式 密封 。 3 . 1 平 面静 压式 密封 上 、下 两段 补 气 管 的 连接 部 分 为 平 面法 兰 结 构 见 图 2 ,法 兰 中 间 设 置“ 0” 形 密 封 圈 ,密 封 相 对 于法 兰是 静 止 的 ,这 种 密 封 结构 在 法 兰 连 接 中普 遍 使 用 .是 可 靠 性 较 高 的密 封 结 构 。溪 洛 渡 电 站 主轴 中 心 补 气 管 路 较 多 连 接 部 分 采 用 这 种 密 封 结 构 。 上端补气管法兰 静压式密封圈 下端补气管法兰 图 2平 面 静压 式密 封 结构 3 . 2组合 式密 封 由 于 补 气 管 路 较 长 , 加 工 过 程 中 长 度 方 向 上 尺 寸控 制 难度 较 大 ,加 之 补气 管 长期 运行 过 程 中受水 温 的 影 响 . 在 长 度 方 向 上 会 有 一 定 的 伸 缩 。 因 此 , 在部 分管 路连 接段 便 不能使 用 法兰 这种 固定 式 连接 , 这部 分 结构 常采 用 两段 管路 互 相 插 入 的方 式 ,在 插 入端 管 壁 的外 侧 加 工 1 ~ 2道 密 封槽 。镶 嵌“ 0” 形 密封 圈后 .插 入 到 另 外 一段 管 路 的 内壁 。这 种 密 封 结 构 简 单 , 易 于 更 换 , 但 容 易 漏 水 , 国 内 某 大 型 电 站 曾经 多 次 出现 这 种 密 封漏 水 的情 况 。究 其 原 因 为 插 入 部 位 管 壁 之 间 是 间 隙 配 合 , 插 入 端 受 密 封 的 挤 压 限制 ,被 插入 端 一 般 有螺 栓 固定 ,当整 个 管 路 随 水 轮 发 电机 组 旋 转 时 ,插 入 端 在 离 心 力 的作 用 下 , 在 被 插入 管 壁 内 产 生 轻微 的 摆 动 ,使 得“ 0” 形 密 封 圈 由 静 密 封 变 成 了 动 密 封 ,久 而 久 之 ,密 封 受 疲 劳 损坏 而 出现漏水 。 为 了提高 插 入 部分 的密 封 可靠 性 ,优 化 设 计 中 增 加 了组合 式 密封 结构 见 图 3 ,即在易 漏水 的一 端 管 路 外 壁 增 加 多 层“ V”形 密 封 圈 ,密 封 圈 由压 盖 固 定 , “ V” 形 密 封 圈 的 宽 度 方 向 与 插 入 段 间 隙 平 行 ,可 以及 时 补偿 插 入 段 的摆 动量 ,在 可靠 填 充 间 隙 变 动 的 同 时 也 不 会 降 低 其 使 用 寿 命 ,而 且 插 入 段 的“ O”形 密 封 圈 也 保 留。此 优 化设 计 能 够 大 大 的提 高该部 位 的密封 效果 。 图 3组合式密封结构 仑密封 4 结语 溪 洛渡 电站水 轮 机 主 轴 中心 补气 系统 在 充分 吸 取 国 内 多 个 大 型 水 电 站 运 行 经 验 的 基 础 上 进 行 了 多 项 设 计 优 化 ,其 封 水设 计 采 用 多 种 密封 方 案组 合 , 较大 地 提 高 了止 水 的可 靠 性 ;补 气 阀 门采 用 自闭式 补 气 阀 和 浮 球 阀 联 合 工 作 方 式 . 降 低 了 单 一 阀 门 受 损 导 致 水 淹 机 组 的 风 险 一 旦 出 现 补 气 阀 和 浮 球 阀 均受 损 、大量 江 水 外泄 时 ,只要 工 作 人员 迅 速将 检 修 碟 阀 关 闭 ,便 可 避 免 更 大 事 故 发 生 ; 同 时 ,在 漏 水 监 测 的 设 计 上 也 增 加 了 漏 水 盆 水 位 报 警 装 置 和 水 轮机 轴 上 法 兰 的横 向排 水 孔 ,可实 现 机组 运 行 中 的 实 时监 测 。 以上 设 计优 化 可 有效 保 证 机组 的安 全稳 定 运 行 . 对 尾 水 水 位 相 对 较 高 的 立 轴 混 流 式 水 轮 发 电机 组 的 中心 补气 系统 有较 大 的参考价 值 。 责 任编辑王琪 -4- 上 接 第 3 8页 指 标 、 工 作 原 理 及 日常 维 护 工 作 的 研究 .需要 注 意在 初 次 安装 开 度 仪 时 ,全 开 位 及 全 关位 的调 整 是否 精 准 ,这将 直 接 影 响 到液 压 启 闭 机 的正 常 工作 及 电站 运 行 人员 对 设 备 状 态 的判 断 在 日常巡 检 中 ,需 要 关 注 开度 仪 显示 表上 的数 值 信 号 是否 在 整定 值 范 围之 内 ,钢 丝 绳 是 否 断裂 .闸 门启 闭过 程 中开 度信 号 改 变 是否 正 常 ,有 同步 运 行 要求 的启 闭机尤 其 要 注 意 2只油 缸 的位 移 差是 否 在允 许 范 围 内 。 参考文献 [ 1 ] 张诚 ,陈 国庆. 水工建 筑物与闸坝机 电设备 检修『 M1 . 北京 中 国电力出版社.2 0 1 1 . 责任编辑王 琪 W a r f r P o u w V o l 3 9 _ 8圜
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