機械液壓過速水利科技論文

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1.我國水電站對過速保護系統(tǒng)的使用歷史

我國在發(fā)展基礎(chǔ)工業(yè)的初期階段，絕大多數(shù)的技術(shù)和機器都來自前蘇聯(lián)。水力發(fā)電從解放以來很長一段時間都是全套引進得前蘇聯(lián)水輪發(fā)電機組設(shè)計技術(shù)，并且同步使用JSX型機械轉(zhuǎn)速信號器作為水輪發(fā)電機組的過速保護監(jiān)控。但由于當(dāng)時技術(shù)的局限性，該型機械轉(zhuǎn)速信號器只能發(fā)出過速保護信號，而不能根據(jù)信號作出相應(yīng)的保護措施，也就是說只有報警而機械不能相應(yīng)的執(zhí)行保護操作；另一局限性表現(xiàn)在該型機械轉(zhuǎn)速信號器在長時間的工作后會出現(xiàn)誤傳信號或者作業(yè)失靈的現(xiàn)象。直到八十年代中期，研究者針對前者只報告信號不操作的局限性，增加了帶執(zhí)行操作部分的機械液壓過速保護裝置，但該由于當(dāng)時電子信息技術(shù)尚不完善，在作業(yè)過程中經(jīng)常發(fā)生讀卡不成功導(dǎo)致拒絕執(zhí)行操作現(xiàn)象。改革開放之后，大量的國外的產(chǎn)品和技術(shù)被引進到國內(nèi)，有幾種國外廠商提供的純機械液壓過速保護裝置被一些水電站使用，但是又出現(xiàn)了新的問題：國外的純機械液壓過速保護裝置與水輪發(fā)電機大軸連接的卡環(huán)設(shè)計有瑕疵，在安裝的時候還需要增加一道在水輪機大軸上加工齒口的工序之后，才能保證該裝置不在水輪機大軸上做軸向位移，即才能保證裝置在軸上的穩(wěn)固性。我們知道軸承的材質(zhì)和大小、粗細(xì)、長短的規(guī)格，都是經(jīng)過嚴(yán)格計算的，在水輪機大軸上再加工齒口必然會對大軸的強度產(chǎn)生影響，會產(chǎn)生很大的安全隱患。另外對于經(jīng)濟建設(shè)來說，拿貨時間、購買預(yù)算、花費的人力、物力，以及對國外產(chǎn)品技術(shù)的掌握和其產(chǎn)品的售后維修服務(wù)都在重點考慮之列，故使用國產(chǎn)的、性能可靠地、能解決上述局限性的過速保護系統(tǒng)裝置是勢在必行。

2.新型機械液壓過速保護裝置的優(yōu)勢

2.1通過技術(shù)知識的積累和以往現(xiàn)場作業(yè)反饋給我們的經(jīng)驗可以了解到：機械液壓過速保護裝置的優(yōu)點就在于獲得的轉(zhuǎn)速信號不是來自于機組的轉(zhuǎn)速測量裝置，而是由于裝置本身的離心探測器通過機組轉(zhuǎn)速上升而增大的離心力帶動柱塞作徑向位移而直接啟動事故配壓閥操作液壓回路來關(guān)閉的導(dǎo)水機構(gòu)，完全是同一機組上的另外一套測速方法和感應(yīng)、操作的裝置，避免了因為電器測速系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后可能發(fā)生的機器損壞和飛逸事故的發(fā)生，可以確保水輪發(fā)電機組的安全運行。新型機械液壓過速保護裝置國內(nèi)就已經(jīng)擁有極高的技術(shù)力量去生產(chǎn)，機器維護簡單方便，相對于昂貴的國外產(chǎn)品，可靠性高、經(jīng)濟預(yù)算少、適合國情，對于關(guān)系到國家大中小城市、村鎮(zhèn)的水電站作業(yè)可以達到廣泛應(yīng)用。

2.2新型機械液壓過速保護裝置的技術(shù)要點和設(shè)想

2.2.1在調(diào)速器失靈的情況下，新型機械液壓過速保護裝置能實現(xiàn)“零時間”無縫鏈接，直接啟動事故配壓閥操作液壓回路來關(guān)閉的導(dǎo)水機構(gòu)，從而實現(xiàn)緊急安全關(guān)機。

2.2.2新型機械液壓過速保護裝置與電子調(diào)速器的有機結(jié)合，實際上就是完成了兩套過速保護裝置系統(tǒng)的安裝，新型機械液壓過速保護裝置本質(zhì)上是一套在電器測速系統(tǒng)發(fā)生故障、電源系統(tǒng)和調(diào)速器同時失控的情況下的備用保護裝置，完善了過速保護裝置的工作系統(tǒng)。

2.2.3鑒于機械運動必然產(chǎn)生的高溫和軸承的變形，以及在作業(yè)的應(yīng)用范圍，比如應(yīng)用到水電站的地下深層取水，應(yīng)用到石油工業(yè)的地下深層取油過程中，必然要遇到高溫和高壓的問題，新型機械液壓過速保護裝置必須要克服高壓和高溫德難關(guān)。。

2.2.4標(biāo)準(zhǔn)液壓元件已經(jīng)在水電市場的大量應(yīng)用，將標(biāo)準(zhǔn)液壓元件應(yīng)用于新型機械液壓過速保護裝置，不僅能大量節(jié)省制造時間，提高水電輔機產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度，并且降低了操作難度和維護的難度。

3.裝置工作原理

3.1機械原理

新型機械液壓過速保護裝置為兩級控制的切換閥。離心探測器由兩個半法蘭圓環(huán)、彈簧以及配重塊組成。法蘭環(huán)安裝在大軸承上，當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)的時候，法蘭環(huán)也隨之旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力則由探測器中彈簧產(chǎn)生的彈力作用在軸承柱塞上消除力的作用，使其保持徑向的相對靜止?fàn)顟B(tài)，而法蘭圓環(huán)上配置的配重塊，則加強了兩個半法蘭圓環(huán)運動的平穩(wěn)性。而當(dāng)機組處于過速狀態(tài)且其他過速保護裝置不能正常控制速度時，當(dāng)機組轉(zhuǎn)速達到了設(shè)定的上限17.8r/min時，則離心探測器中的柱塞產(chǎn)生的離心力大于彈簧的彈力，從而使柱塞產(chǎn)生徑向位移，離心力增大產(chǎn)生的徑向位移直接的結(jié)果就是增大了柱塞的旋轉(zhuǎn)半徑，徑向位移增加到一定的值時，則柱塞可以直接撞擊到切換閥的撞塊，使得切換閥開始動作，通過與其串聯(lián)的電磁先導(dǎo)閥作用于事故配壓閥，然后通過壓力油推動事故配壓閥來切換油路，從而實現(xiàn)快速關(guān)機的操作。同時電氣接點導(dǎo)通，發(fā)出事故停機警報。

3.2液壓系統(tǒng)工作原理

機組正常運行時，過速保護裝置內(nèi)的切換閥處于開的狀態(tài)，事故配壓閥上的電磁先導(dǎo)閥不動作，此時事故配壓閥只作為主配壓閥操作導(dǎo)葉接力器管路中的一個通道，使得壓力油經(jīng)過主配壓閥和事故配壓閥通道進入導(dǎo)葉接力器。當(dāng)機組過速運轉(zhuǎn)且調(diào)速器調(diào)速失靈，急停電磁換向閥和事故配壓閥上的電磁先導(dǎo)閥等過速保護裝置未能正常啟動時，一旦達到設(shè)定的臨界值117.8r/min時，由于離心力的作用使得離心探測器中的柱塞旋轉(zhuǎn)半徑加大撞擊到切換閥撞塊，使得切換閥進入動作程序，使得事故配壓閥左側(cè)油導(dǎo)入到漏油箱，而排出油，其另一側(cè)壓力油則導(dǎo)致了兩側(cè)管道的壓力差，由于右側(cè)油壓力產(chǎn)生的壓強，右側(cè)的壓力油便將事故配壓閥活塞向左推動，使得壓力油通過事故配壓閥的內(nèi)腔直接進入到導(dǎo)葉接力器的關(guān)腔，并同時切斷經(jīng)過主配壓閥的壓力油回路，并通過導(dǎo)葉接力器關(guān)閉電氣閥門。在此運行過程中壓力油不經(jīng)主配壓閥而直接通過事故配壓閥的內(nèi)腔操作來關(guān)閉導(dǎo)葉接力器，縮短了壓力油的作用路線，既縮短了導(dǎo)葉操作的反應(yīng)時間，也減少了油耗。還有一點要補充說明的是，在啟動緊急事故停機流程來關(guān)閉機組進口快速閘門的時候，也同時啟動了事故停機流程來關(guān)閉導(dǎo)葉，雙管齊下保證了停機的安全性和可靠性。

4.機械液壓過速保護裝置在水電站作業(yè)中的可用機組類型

目前廣泛采用的是由標(biāo)準(zhǔn)化耐高油壓事故配壓閥為主體構(gòu)成的新型機械液壓過速保護裝置符合各項大工業(yè)時代對機械產(chǎn)品的需求：標(biāo)準(zhǔn)化程度高、耐高油壓、結(jié)構(gòu)簡單、維護方便、經(jīng)濟實用。機械液壓過速保護系統(tǒng)在水電站作業(yè)中可用于額定轉(zhuǎn)速為2500r/min以內(nèi)，軸承直徑在100mm~2500mm內(nèi)的軸流式、混流式、貫流式、沖擊式水輪發(fā)電機組，目前在國內(nèi)大中小城市和廣大農(nóng)村水電站已經(jīng)得到了較廣泛的應(yīng)用，并且在運作中已經(jīng)避免了數(shù)起事故的發(fā)生，反響極佳。需要指出的是，在實際的應(yīng)用中，為了配合新型機械液壓過速保護裝置的使用，水電站需要在引水管道上加裝一道檢修閘門，以方便水輪機的使用和維護，此項裝置需要增加一筆費用，不過其總體費用與傳統(tǒng)過速保護裝置所需要的總體費用相比仍然較少，符合經(jīng)濟實用的需求。

5.結(jié)束語

隨著信息時代的飛速發(fā)展，社會生產(chǎn)對機械自動化的推廣和自動控制技術(shù)水平有了更高的要求，對機械的穩(wěn)定性和對操作的安全性也有了更高的要求，機械操作智能化已經(jīng)是大勢所趨。機械液壓過速保護系統(tǒng)目前在電氣測速系統(tǒng)發(fā)生故障或者電源和調(diào)速器調(diào)速同時發(fā)生故障的情況下，已經(jīng)成為過速保護的最后一套保障裝置，能基本滿足生產(chǎn)的需要，但是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，研究人員還要順應(yīng)生產(chǎn)需求，進行進一步的技術(shù)革新，設(shè)計出更安全的甚至是完全智能化的過速保護裝置。