蝴蝶阀开关过程存在的问题分析

    1 概况

    宏沣水力发电厂位于内蒙古兴安盟境内，是以灌溉为主季节性发电的一座电站，总装机容量为12800kW。电站位于乌兰浩特西北32km的洮儿河上，电站近区负荷少而且分散，因此当在发电季节里大部分电能需要送入系统，而当不发电时，又需要系统反送电能。根据本电站的基本参数和国内定型产品的情况，选用两种型号的水轮发电机组。

    1）1，2号机组。水轮机HLA501—LJ—140型，额定出力3380kW，额定转速300r/min，设计水头27m，最大水头32m，最小水头14m，设计流量14.5m³/s。发电机TS325/36—20，额定出力3200kW。飞逸转速670r/min。

    2）3，4号机组。水轮机HL240—LJ—I80型，额定出力3470kW，额定转速187.5r/min，设计水头22m，最大水头28m，最小水头14m，设计流量18.8m³/s。发电机TSL330/60－32，额定出力3200kW，飞逸转速465r/min。

    1，2号机压力洞长37.83m，洞径3.1m。采用钢筋混凝土衬砌。在桩号0十105.5处分岔，分岔后洞径为2.00m，至厂房前渐变为1.75m进入厂房，分岔后均采用钢筋混凝土明管，承受填土压力，内衬厚度l2mm钢板，承受内水压力。3，4号机压力管径3.1m，为钢筋混凝土管，出洞后管径变为2.5m，采用钢筋混凝土明管，内衬钢板。考虑机组的检修与安全运行，1，2号机组前分装一台φ1.75m的油压操作蝴蝶阀。3，4号机前在调压井内装设一扇事故平板闸门。

    2 蝴蝶阀的作用和结构

    根据水电站运行和检修的需要，在水轮机的引水系统中，通常在水轮机引水管道上或蜗壳前装设有相应的闸门或阀门，并将装置在水轮机蜗壳前的阀门称为进水阀，而蝴蝶阀就是比较常用的一种进水阀。蝴蝶阀主要由液压环形接力器、旁通阀、圆筒形的阀体和在其中间绕轴转动的活门以及其他部件组成。在液压环形接力器的作用下，当蝴蝶阀关闭时，活门的圆周与阀体接触，封闭水流通路；当开启时，活门与水流方向平行，水流绕活门两侧流过。蝴蝶阀与其他型式进水阀比较，具有结构简单、尺寸小、重量轻、造价低、操作方便等优点，其缺点是活门影响水流流态，水力损失大。在蝴蝶阀的组成部件中，液压环形接力器是操作活门的主要部件，其工作性能的好坏将直接影响到水轮发电机组的安全稳定运行。

    3 开关动作原理

    蝴蝶阀活门的开、关完全靠液压环形接力器的转动来完成。蝴蝶阀液压环形接力器工作的动力主要来自油压系统，油压操作系统由两台压油泵、油阀、液压阀和四通滑阀以及输油管路等组成。液压环形接力器由蝴蝶阀主轴、环形缸体、活塞、作用支臂、分半键、分腔隔板和进排油孔组成。蝴蝶阀活门与主轴为一个整体，主轴通过分半键与作用支臂相连。液压环形接力器在压力油的作用下，活塞以蝴蝶阀主轴为旋转中心，沿环形缸体运动，再通过与活塞连接的作用支臂推动蝶阀主轴转动，主轴带动活门旋转，从而达到开、关蝶阀的目的。

    蝴蝶阀的开、关过程之所以选择液压环形接力器来操作，是因为液压环形接力器具有突出的优点：在做定轴旋转传动中，可克服直缸式接力器传动起始区和极限区作用力臂变短，而使作用力分散的缺点。但是，环形接力器缸体与蝶阀主轴的相对位置，也就是环形缸体的中心与蝶阀主轴的同心度、缸体环形中心平面与蝶阀主轴轴线的垂直度，是制造加工和安装过程中很难保证的。

    4 开关过程中存在的问题及处理措施

    宏沣水力发电厂1，2号机蝴蝶阀阀径为1.75m，依靠2台液压环形接力器操作。由于液压环形接力器活塞和作用支臂之间是刚性连接，活塞和缸体之间设有密封，密封的主要作用就是防止油腔的压力油泄漏。当操作时，液压环形接力器活塞在压力油的作用下在缸体内转动，从而带动主轴旋转达到活门开、关的目的。宏沣电厂1，2号机蝴蝶阀于1989年12月份投入生产，在使用过程中液压环形接力器在操作蝴蝶阀活门时经常出现一些问题，使活门的开、关一直不能正常进行，开或关一次，少则几分钟，多则十几分钟，有时根本打不开或关不上，这样严重威胁着机组的安全稳定运行。经检查发现主要原因是由于活塞与环形缸体偏磨严重，而偏磨点的直径对应处间隙较大。这不但给活塞运动造成很大阻力，同时在间隙处泄去大量油压，主轴和活门受力不足导致发生蝴蝶阀开、关受阻现象。分析其原因，主要就是因为环形缸体与蝴蝶阀主轴的相对位置误差过大导致活塞严重受损造成的。

    在对蝴蝶阀液压环形接力器进行改造过程中，主要是把作用支臂与活塞的连接形式，由硬性连接改为弹性连接，使活塞在沿环形缸体运动中，能够自动产生径向位移，既能带动作用支臂，以不受其刚性的限制，又能使制造和安装中的不同心超差量得到自动调节，改善了液压环形接力器的工作性能，取得了满意的效果。

    由于受到加工的限制，主要对活塞上的止推盘进行了加工。将止推盘与作用支臂的轴、孔配合，由原来的过渡配合改为动配合，保证止推盘的径向位移量大于或等于2mm，仍利用作用支臂轴端的6个M16螺孔，加大止推盘与作用支臂连接；螺栓2的准20处与孔Φ30的配合间隙应小于2.5mm，轴向间隙0.05～0.1mm，以保证活塞径向移动时既不受阻，又能使轴向位移受到控制，密封盖板1与密封胶垫3由螺钉与止推盘压紧组成密封装置。

    5 结语

    蝴蝶阀液压环形接力器活塞经过加工处理后，经手动运行试验，在空载状态下，蝴蝶阀开、关一次只需15s；在静水状态下，蝴蝶阀开、关一次需要18～25s，大大缩短了开、关时间，而且蝴蝶阀开、关过程平稳自如，液压环形接器也没有漏油现象。自动化系统形成后，在导水机构失控的情况下，能快速可靠的关闭蝶阀，为机组的安全、稳定运行创造了良好条件。