紫坪铺水电站机组自流减压技术供水系统减压阀的改造.pdf

紫坪铺水电站机组自流减压技术供水 系统减压阀的改造 李兴全 紫坪铺水力发电厂 虎勇 四 一 成都 【 摘要 】水电站机组自流减压供水 系统减压阀的选型 , 要按照机组相关技术参数决定 。 本文就本水 电站原错误选用国外产品而导致的机组运行 故障进行分析指出了国外产品的缺 陷 , 同时结合本水电站技术参数正确选用适合的减压阀 。 改造后的机组运行稳定 , 机组技术 供水系统原有故障消除 。 【 关键词】机组技术供水减压阀选型分析 , 更换改造 紫坪铺水电站位于四川省都江堰市 , 系眠江上游干流第五级水 电站 , 距都江堰 , 距成都市 。 水电站设计装机规模为 , 安装台单机容量水轮发电机 组 , 水头变幅为 。 水电站在系统中的主要作用是调峰 、 调频 、 承担系统事 故备用等 , 是一项以供水和发 电为主的综合利用工程 。 机组技术供水系统运行方式 本水电站的机 组技术供水 系统 的 主用水源为 自流减压 , 由每台机 组 蜗壳取水通过 电动阀单独供给本台机组机组技术供水的备用水源为水泵 , 台水泵从尾水取水 供至备用技术供水总管 , 同时备用技术供水总管通过个联络 阀一分别与 台机组连接台机组 主变冷却水由备用技术供水总管供给 。 具体运行方式见 图 。 由于备用技术供水系统设 备布置 高程在尾水位以下左右 , 一旦该套设备运行中 出现 、 阀门及 阀门前 密封垫损坏或管路损坏 , 将造成水淹厂房的严重后果 。 同 时 , 如果将备用取水方式投人运行 , 水泵将按一水压控制长期 自动起泵 、 打 压 、 停泵等操作 , 这将导致设备损坏率升高 , 增加检修成本和工作量 。 机组技术供水冷却 水压需要在压力范 围中调整一个稳定 的值来供给 , 而备用技术供水水压在 范围内始终是一个 不稳 定 的变量 。 鉴于上述 原因 , 紫坪铺水 电站备用水 源 水泵尾水取水 系统没有投人运行 。 目前 , 紫坪铺水电站台机组技术供水方式采用机组蜗壳取水作为主用供水 , 而备用 水源是将台机组联络阀打开 , 将台机组技术供水联络运行 , 用台机组主用水源供给 备用技术供水总管 , 从而保证台主变的冷却供水 。 林机蜗壳取水 机滤水器 机减压闷 铃机组 至渗漏集水井 图紫坪铺水电站的机组运行方式 紫坪铺水 电站技术供水系统减压阀存在问题 紫坪铺水电站台机组技术供水系统减压阀选用的是国外减压阀膜片差压式 减压阀 , 阀门公称直径 为 。、 机组减压阀于年月投 人运行 , ” 机组减压阀于年月投人运行 , 机组减压阀于年月底投人运行 。 年月日 , 发现 ”机 组技术供水减压阀动作异常 , 全 开 后 无 法关 闭 。 于 年月对 “ 机组技术供水减压阀进行了拆卸检修 , 发现减压阀阀杆断裂 、 中心导 向爪损坏 、 阀座脱落 , 经更换损坏部件回装后工作正常 。 年月 日 , 发现机组技术供水减压阀无法正常工作 。 经检查 , 发现减压 阀阀杆已断裂 、 橡胶隔膜已损坏 、 导 向爪已损坏 、 阀座已脱落 。 将检修泵技术改造更换下 来 的水力控制 阀部件拆下 , 对减压阀损坏部件进行更换后 , 减压阀工作正常 。 年月日 , 发现 ”机组减压阀强烈振动 、 工作异常 , 经检查 , 发现 ”机组 技术供水减压阀出现类似 、 机组损坏情况 。 在机组投运后不到两年时间 , 先后有台机组减压阀出现基本情况相同的损坏 。 减压 阀损坏后 , 造成技术供水管路水压失控 , 水压异常升高 , 对空冷器 , 上导 、 推力 、 水导油 槽冷却器构成极 大危害 , 造成冷却器铜管爆裂 。 断裂 的导向爪和螺栓被冲人机组技术供水 管路中 , 至今无法寻找 , 在技术供水管路中产生磨损和碰撞 , 引起管路内噪音和破裂喷水 的严重后患 。 更换新的备件投运时间不久又损坏 , 这样将导致技术供水管路内的损坏件堆积 , 引起 管路堵塞 , 机组各部冷却水压降低或消失 , 引起机组轴承温度升高 , 最后造成机组被迫停 机 的事故发生 。 国外这种膜片差压式减压阀工况的极不稳定性 , 导致了电厂停机经常发生 的后果 。 紫坪铺水电站技术供水系统减压 阀损坏的原因分析 如 图所示 , 这种减压阀膜片差压式减压阀在运行中经常损坏 , 给电站机组 技术供水系统 造成极大影响 。 因此 , 对两年来该减压阀的运行和检修情况 进行了总结和分析 , 得出了该减压阀 容易损坏的以下三个方面的原 因 。 减压阀设计选型方面的原因 紫坪铺水电站机组水头在 变化 , 水头变幅之 大在全国 也很 少 见 。 最初设计考虑采用两级减 压方 式 实现 , 即第一 级减 压至 , 第二级减压 至 。 但由于 现场管路布置条件 限制 , 只能安装台减压阀 , 因此设 计最终定为一级减压 , 在某国技术代 表的承诺下 , 选 用了该国 的膜 片差 压 式减压 阀 , 见图 。 该减压阀的最大减 隽毖豁爵 赢靛愁 鬓 蠢 靡霭 图紫坪铺水电站用的国外减压, 至 , 否则为恶劣工况区 。 由于水电站水源为雪山融化水 , 水温 较低 , 、常年 保持 在 ℃以下 , 水冷却效果较好 。 水电站机 组技 术供水经 现场运行 检验 , 水压在 最为适合 。 因此 , 该减压 阀在技 术供水 系统 中 , 经 常工作于正 常工作调节压力 范 围之外 , 长期工作在恶劣工况区 , 导致减压 阀使用寿命短 , 容易损坏 。 减压阀结构方面的原因 通过分析损坏减压 阀 , 发现在结构上存在容易损坏 的缺陷 , 并且损坏 的过程是一个逐 渐加剧 的过程 , 见 图 。 第一步 , 减压 阀的损坏是由于导 向爪与底座密封圈之间存在无法 消除 的间隙 , 且阀杆和阀在高速水流的冲击下无法保持完全垂直运动 , 在机组运行时水力 波动使导向爪与密封圈发生碰撞 , 在机组长期工作压力范 围内 , 个导 向爪上均匀地磨出 了一圈磨损痕迹 。 第二步 , 在第一步损坏的基础上 , 机组经常进行开 、 停机操作 , 在导 向 爪上 、 下移动过程 中 , 因磨损痕迹的出现和阀杆无法保持垂直运动 的影 响 , 使导 向爪对底 座密封圈产生 了一定的拉伸破坏力 , 从而使导向爪断裂 、 底座密封圈脱落 。 第三步 , 由于 导向爪断裂后 , 操作杆和阀盘摆动幅度增大 , 出现偏斜 、 卡涩现象 。 最后 , 出现操作杆疲 劳性断裂 , 橡胶隔膜损坏 , 导致减压阀无法正常工作 。 图国外减压阀损坏过程示意图 机组技术供水运行方式方面的原因 受紫坪铺水 电站技术供水系统运行方式影响 , 机组技术供水备用水源尾水取水方式 不 可用 。 主变冷却用水又取 自备用技术供水总管 。 因此 , 机组备用技术供水总管不允 许断流 。 为保证机组备用技术供水水源 , 机组技术供水备用水源由台机组 主用水源通 过联络 阀联络运行 , 由于每 台机 组减压阀后 压力不 可能调整 到完全相 同 , 造成减压 阀为了消除压力差长期参与调节 , 影 响了使用寿命 。 同时 , 由于机 组 开 、 停机时的瞬 间流量变化较大 , 对联络运行的机组减压阀产生的瞬间调整冲击也较大 。 紫坪铺水电站技术供水系统减压阀更换选型 为解决紫坪铺水电站机组技术供水系统减压阀容易损坏的问题 , 决定对紫坪铺水电站 机组技术供水 系统减压阀进行重新选型 。 选型后 的减压阀能从根本上解决现有减压 阀存在 的问题 。 选型标准如下 整体结构合理且 刚性好 , 以防止零部件断裂现象 。 活塞式结构 , 以防止橡胶膜片老化 、 强度不够 、 断裂现象 。 流量与压力的调节能力强 、 稳定 , 以满足台运行台备用 的工况 。 满足机组开 、 停机 , 甩负荷工况时稳定运行的要求 。 经过对各种减压 阀资料 收集和到相关水电站进行考察 , 决定采用型 活塞式 减压阀 , 替代紫坪铺水电站目前使用 的国外进口的差压膜片式减压阀 。 该减压阀由主阀和 反馈控制系统组成 。 如图所示 尸 为进 口压力 、 尸 为出口 压力 。 合理的结构 由尸流向尸的水流从上至下在节流锥上形成流畅的态式 , 紊流现象减少由内锁 定螺母和安全拉杆组成的出口压力内锁定装置可有效消除因产品故障出 口压力升高现象 双外置反馈控制系统通过切换阀作互为备用的切换 , 以保证反馈控制系统无故障地对主阀 控制反冲排污系统可保证反馈系统无堵塞地运行 。 由于 主阀和控制阀均采用活塞式结 构 , 因此在整体刚性方面各承压部位有足够的强度调查发现 , 宝珠寺水电站最高水头 和天生桥发电总厂最高水头的型活塞式减压阀未发生过部件断 裂现象 。 图型活塞式减压阀结构 图 压力和流一特性 如 图所示 尸 为减压 阀主阀弹簧压力 、 尸 为减压阀主 阀压力调节 腔压力 、 尸 为反 馈系统控制阀弹簧压力 、 尸二 为反馈系统控制 阀压力调节腔压力 、 为 阀座和节 流锥的开启 高度相当于过流面积 。 减压阀正常工况时 , 尸一尸 , 控制阀尸 一尸是 。 此时 , 主阀和控制阀的阀座与节 流锥 开启高度是定值 。 因此 , 尸 为低压值 。 在进口压力 尸 变化时 , 尸 是不变的 , 工作原理如下当尸 工 上升时 , 减压阀首先表 现为尸 △尸 , 其值经出口管传输至控制阀 , 使 △ , 一十△ 一式 新平衡 , 减 小 , 尸二 压力增大 , 经导管使主阀的尸 、 △尸、 , 尸 一 尸△尸 渐平衡 , 主阀减小 , △尸 值恢复为原 尸 值 。 当尸下降时 , 主阀与控制阀的工况则与上述的工况相反 。 当出口流量增大时 , 工况为下降时的工况 。 当出口流量减小时 , 工况为几 上升时的工况 。 过流面积是随着用水量 的变化而变化的 。 减压比 因不受尸 , 的影响 , 只要尸有足够的压力与尸和尸 、 形成平衡 , 形成合适的主阀过流 面积 , 减压比相应会较大 。 使用一型活塞式减压阀的水电站的运行参数见表 。 表使用对一 型活塞式减压 闷的水 电站运行参数表 序序号号水电站名称称 口径 径压力力数量量水电站装机机 尸 水头头水电站所在地地 、、 台台 天生桥发电总厂厂贵州兴义义 天生桥一级级 。 贵州兴 义义 马关关 云南马关 关 南令二级级 云南文山山 禄劝劝云南昆明明 小牛颈颈 四川天全 全 流,分析 紫坪铺水电站机组单机额定流量为 “ , 主变为 , 要求单 阀供水大于 。 本次选用一减压阀的相关参数为过流直径 、 最 大行程见图为 。 因此 , 最大过流面积为 , 最大水头加水 锤压力 。 水电站要求一减压阀在最低水头时满足流量为 。 厂家 提供的相关水电站运行实测参数见表 。 表相关水 电站运行实测参数表 水水电站名称称阀前压力力阀的过流面积积流量量过流孔流速速备注注 天天生桥一级级过流流直径 最大行程 根据一减压阀的相关技术参数 , 推算出的数据如下当阀前压力 为 、 流速为 、 流量为时 , 所需过 流 面积为最大过 流面积为 , , 只占最大过流面积 的 。 当阀前压力上升 时 , 根 据减压阀的 工作原 理 , 主阀过流面积只会 减小 , 所以 一减压阀的过 流量应该能够满足机组运行要求 。 对一 减压阀的水 电站试运行 年月 日晚时 , 第台一减压阀在紫坪铺水电站的 机组技术供水系统投人试运行 。 即时工况为 尸 为 、 尸 为 。 各用水 点压力表指示平稳 , 减压阀只听到水流声 , 无异常噪音 。 运行小时后 , 对减压阀进行了 相关测试 , 结果如下 反馈系统切换切换时尸无压力波动 。 调节反馈系统控制阀 , 调节范围在一 , 调节反应灵敏 。 关闭减压阀后 的阀门 , 升高至时停止 , 打开减压阀后的阀门 , 尸 恢 复至 。 流量与减压阀过 流面积电磁流 量计显 示为 , 此时主阀过 流面积为 , 最大过流面积 , 只占最大过流面积 的 , 还有充分的过流量 。 计算出过流孔流速为 。 至年月止 , 紫坪铺水电站全部机组的技术供水系统改造完毕 。 结语 紫坪铺水电站通过对机组技术供水系统减压阀进行改造后 , 达到了以下几方面效果 消除了紫坪铺水电站在设计选型方面的问题 , 一型活塞式减压阀的减 压 比达到 , , 能满足水电站一水 头下 , 减压阀后压力 为一 的变幅范围 , 同时一级减压即可 。 消除 了紫坪铺水 电站原有 国外减压阀在结构上容易损坏 的问题 。 一型 活塞式减压阀从结构上看 , 活塞杆受活塞和支撑筋两点定位 , 能保证活塞杆和阀盘位置在 工作中保持垂直上下移动 , 阀盘不会与其他部件发生碰撞 , 而且没有橡胶隔膜等容易损坏 的部件 , 并且该减压 阀各零部件结构坚 固耐用 , 具有使用寿命长 的优点 , 从而减少 了大量 的维护工作量 。 一型活塞式减压阀从今年月运行至今 , 未出现任何故障 , 为 水 电站安全运行提供了保障 。 遗 留问题 目前遗留的问题是 由于机组技术供水系统设计方式已无法进行更改 , 因此台机组主 用供水和备用技术供水 总管属联络运行方式 , 而水源 由台机组蜗壳取水供给 。 技术供水 联络运行方式对减压 阀产生 的长期参与调节 的影响仍然存在 , 可能会缩短减压 阀的使用寿 命 , 由于更换后 的减压 阀结构坚固 , 这方面 的影响将较小 。