水轮机进水阀.ppt

水轮机进水阀技术培训 用途系统组成及作用工作程序及工作原理主阀结构及主要特点液压 电气控制系统的功能及特点一般故障的检查与维护 培训内容 概述 1 产品机电液之间的关系水轮机进水液动蝶阀是机电液一体化的形式的产品 机电液层次图及框图如下 在这种类型的产品中 阀门是核心 其强度和密封的性能是考核阀门使用性能的关键 液压系统为阀门提供动力源 电气控制系统控制的对象是液压系统 可见 电气和液压控制系统虽是阀门系统的辅助部分 但它是能否控制和驱动阀门可靠和准确开启或关闭的比较重要的部分 注意机械 液压 电气系统的安全性注意液压 电气系统的可靠性注意液压 电气系统控制功能的合理性和完整性 2 指导思想 1 为水轮发电站机组检修提供安全工作条件 即机组检修时 在静水中关闭进水阀 截断机组进水 当压力钢管采用联合供水或分组供水时 其中一台机组检修 可关闭该水轮机前主阀 从而不影响其他机组的正常运行 2 当水轮机组长期停用时 截断上游来水 以减少导叶漏水及因漏水造成的间隙气蚀损坏 还可避免机组长期运行后 因导叶漏水量增大而不能停机的问题 重新开机时还可缩短机组所需的时间 对于高水头长压力管道的水电站 意义尤为明显 3 当水轮机组调速系统发生故障 机组转速升高到整定值的情况下 动水紧急关阀 截断水流 保证机组安全 防止事故扩大 4 水轮机双密封进水阀不仅具有以上功能 而且可保证在不排空阀前压力钢管内部压力水的情况下 检修其阀轴密封或工作密封 检修过程中 不影响其它机组的正常运行 解决了历年来因检修阀门必需停止发电的被动局面 用途 系统组成及作用 水轮机进水液动蝶阀系统由液动蝶阀 液压驱动系统 电气控制系统及附属设备等组成 液压站 电气控制柜视水电站整体布置情况采用分体布置 安装距离建议不大于20米 一般布置在水轮机层 水轮机进水阀整机主要包括液动蝶 球 阀 通称主阀 上游连接管 下游连接管 进水管伸缩器 旁通阀及旁通系统 差压控制系统 自动进排气系统 液压驱动系统以及电气控制系统 主阀的设计 制造与验收完全满足GB T14478 93 大中型水轮机进水阀门基本技术条件 的要求 是水电站进水管线系统中截断或接通水流的主要控制设备 1 液动蝶阀 液动蝶阀采用卧轴 双平板 双偏心 蓄能罐式 油压操作结构 按密封型式分为橡胶软密封 金属硬密封和双密封三种形式 系统组成及作用 主阀是整个水轮机进水阀系统中最关键的设备 截断或连通介质的功能主要由其来实现 其上游通过上游连接管与压力钢管相连 下游通过伸缩节与水轮机蜗壳相连 系统组成及作用 1 上游连接管 上游连接管与上游压力钢管现场焊接 连通整个管线系统 上游连接管上留有与旁通平压系统 差压控制系统相连的接口 2 下游连接管 下游连接管与下游蜗壳进口管现场焊接 连通整个管线系统 下游连接管上留有与旁通平压系统 差压控制系统 自动进排气系统 排水系统等相连的接口 输水管线较大时 在下游连接管下半部分开有检修门 便于设备维护时人员进出 3 进水管伸缩器 进水管伸缩器安装在工作温度 10 65 的液体管道上 在一定范围内可伸缩调节阀门与管道的连接 是管道安装过程中一种必需设备 进水管伸缩器在一定的范围内可轴向伸缩 伸缩管的伸缩可得到最大或最小的结构尺寸 不仅在一定范围内可补偿由于温度的变化而带来的管线伸缩 同时也能在一定的范围内克服因管道安装不同轴而产生的偏移 对于阀门的安装 维修 更换可带来很大的方便 按结构形式可分为钢制套筒式和金属波纹管式伸缩器 系统组成及作用 4 旁通阀及旁通系统 由旁通弯管 旁通直管 旁通阀 旁通检修阀 旁通管伸缩器及密封件 紧固件等组成 布置在上游连接管与下游连接管之间 在主阀开启前 打开旁通阀向蜗壳充水平压 降低开阀力矩 减少开阀过程中阀轴与轴承之间的摩擦 正常情况下 进水阀在平压后开启 允许进水阀开启的最大不平衡水压不大于其承受的最大静水压的30 旁通检修阀 旁通伸缩器则是便于旁通管路的检修和安装 旁通阀一般采用电 液 动蝶阀 电动球阀 水头较高时采用液动针型阀 旁通阀前串接一台检修阀 作为旁通阀检修用 检修阀一般采用手动蝶阀 也可采用球阀 闸阀等 系统组成及作用 5 差压控制系统 由差压控制器 取水口球阀 接头 管件等组成差压控制系统 上游取水口开在上游连接管上 下游取水口开在下游连接管上 在进水阀平压过程中 差压控制器通过检测进水阀上下游压力差 当上下游压力差平压到设定值时 允许进水阀开启的最大不平衡水压不大于进水阀承受的最大静水头的30 发出平压完成信号 进水阀即可进行开阀动作 6 自动进排气系统 自动进排气系统由自动进排气阀 检修蝶阀 紧固件及密封件等组成 安装在下游连接管顶部 在打开进水阀过程中 自动排除进水阀下游蜗壳内空气 在关闭进水阀过程中 由于蜗壳排空 管内出现真空自动补气 检修蝶阀工作过程中处于常开状态 只有自动进排气阀需要维修时才关闭检修阀 对自动进排气阀进行维修 系统组成及作用 7 液压驱动系统 作为液动蝶阀的动力源 主要由液压站和操作机构二部分组成 一般每台进水阀配有一台液压站 液压站由油泵机组 集成式油路块 蓄能罐组 油箱 空气滤清器 滤油器 压力变送器 液位变送器 控制阀组及表计等组成 控制主阀的开启和关闭 并在主阀全闭时通过锁定液压缸实现进水阀的锁定 其基本工作原理是 通过油泵机组向皮囊式蓄能器 蓄能罐充油而产生压缩能或存贮液压能 在电控指令和控制阀组的作用下 蓄能罐的液压油经液压阀快速流向操作机构 将液压能转变为机械能 在驱动主接力器 锁定接力器等过程中实现进水阀的动作功能 系统组成及作用 8 电气控制系统是液动蝶阀的控制中枢 采用PLC 可编程控制器 控制 能适用不同工况和用户要求 其可靠性相当高 电气控制系统主要由电气控制柜本体 相关电气元件和电缆等组成 在电气控制柜面板上设有电源开关 主阀开 关 旁通阀开关 液压锁定的投入与拔出 机械锁定的投入与拔出 就地控制 远程控制 报警显示等相关按钮和指示灯 进水阀不仅可就地操作 自动控制 远控 还可提供远程计算机诊断 咨询等服务 满足现代化电站 无人值班 少人值守 的要求 系统组成及作用 开启旁通阀 开阀 阀前后压力差达到设定值 解除液压锁定 锁定已解除 液动蝶阀开启到位 开启液动蝶阀 关闭旁通阀 关阀 液动蝶阀关闭到位 关闭液动蝶阀 液压锁定投入 投入到位 关闭到位 开阀完成 关阀完成 运行程序及工作原理 主阀结构及其主要特点 主阀主要由阀体 活门 阀轴和阀轴密封和工作密封结构等组成 具有足够的强度和刚度 操作平稳 维护简单 性能可靠 同时主阀 操作机构及控制设备 在设计安装空间位置时充分考虑了通用尺寸大小 安装运输方便等因素 阀门用地脚螺栓固定在混凝土支墩上 操作系统额定油压为16Mpa 进水阀操作机构具有足够容量 能在各种运行工况下内开启或关闭阀门 并有可靠的锁定装置 进水阀操作平稳 不会在钢管中造成危险的压力脉动 正常工作时进水阀及其操作机构都能安全承受下列运行条件下的最大应力并留有足够的安全裕量 在所有规定的工况下 阀门能在全开位置下连续工作 阀门处于关闭位置时 能承受相应的最大静水压力 紧急关闭 进水阀能够在可能出现的最不利情况下动水紧急关闭 其所有部件均能安全承受动水关闭所引起的振动载荷最大应力 动水关闭时间可按用户要求可调 主阀结构及其主要特点 主阀结构及其主要特点 工作密封采用硬橡胶 不锈钢密封结构 是本公司在消化吸收日本久保田 瑞士艾舍维斯等先进技术基础上 积近50年全面专业技术而建立的成熟技术 活门的密封圈采用高硬度橡胶圈 整体硫化 无缝连接 用经过防锈处理的密封压盖和不锈钢螺钉固定在活门上 阀门所需密封比压通过螺钉调节 同时 可在不拆卸阀体的情况下 检修或更换密封圈 活门全关时 在水压作用下 橡胶密封圈更贴紧阀体上密封圈 使之密封效果更好 密封效果好 可达到无泄露 密封可以方便调节 可在不拆卸阀体的情况下 检修或更换密封圈 由于活门采用双偏心结构 具有自关闭性 因此开阀时两密封面会很快脱离 磨擦行程非常短 有效地保护活门上的橡胶密封圈 橡胶密封圈寿命可达8 10年 完全可以满足一个大修期要求 活门全关时 在水压作用下 橡胶密封圈更贴紧阀体上密封圈 使之密封效果更好 橡胶密封进水蝶阀具有加工制造简单 密封严密可靠 密封圈调整及更换方便 成本相对较低等优点 为目前最常用的密封形式 得到了广泛使用 但橡胶密封也由于橡胶易老化 易磨损 不耐泥沙等缺点需经常更换 影响了水电站的经济效益 主阀结构及其主要特点 金属硬密封工作密封为不锈钢 不锈钢密封的蝶阀 我公司生产的活门密封圈为非对称异形球面 阀体密封圈为h形金属密封圈的金属硬密封蝶阀 它是我公司的专利产品 专利号 ZL932217052 结构上采用三偏心结构形式 为线密封 阀体密封圈具有一定的弹性 越关越紧 密封可靠 易于脱开 阀门所需密封比压可通过螺钉调节 主阀结构及其主要特点 液动金属硬密封蝶阀由于密封副均为不锈钢 具有耐高温 耐高压 耐腐蚀 不易磨损 抗泥沙 使用寿命长等特点 同时活门密封圈为非对称异形球面 具有越关越严密的特点 特别适用于介质中含沙量较大的水电站 由于一般的水电站口径较大 压力较高 液动金属硬密封蝶阀的密封副加工制造要求高 易产生泄漏 密封圈为整体结构 更换较为复杂 加工制造成本相对较高 故我国的大 中型水电站正在使用的水轮机进水阀 公称通径大于4000mm 全部采用单橡胶密封的蝶阀 主阀结构及其主要特点 由于上述两种液动蝶阀均有明显的优点和缺陷 同时近几年来 随着用户对进水阀的要求越来越高 因此我公司又研制开发了水轮机进水液动双密封蝶阀 水轮机进水液动双密封蝶阀设有上 下游两个密封装置 即在进水阀出水端设置工作密封副 在进水端设置检修密封副 正常工作时仅工作密封投入使用 当工作密封和轴端密封需要检修时 为了不排空压力钢管 且不影响其它机组的正常运行 检修密封副投入工作 进水液动双密封蝶阀为国内首创 国外也无借鉴结构 为保证检修密封副的使用寿命 检修密封副为金属硬密封结构 为保证工作密封圈易拆卸和更换 工作密封副为橡胶对不锈钢形式 主阀结构及其主要特点 液动双密封蝶阀结构如右图所视 在设计检修密封时 选用水压驱动 移动活塞 自密封式金属硬密封结构 以上结构综合了金属硬密封和橡胶密封蝶阀的所有优点 但加工制造成本最高 水轮机进水液动双密封蝶阀专利号 200420076985 8 2004年 水轮机进水液动双密封蝶阀获国家级重点新产品和湖北省科技进步二等奖 由于该阀门的流阻系数小 介质流态和水力特性好 大大提高了机组的使用寿命和发电效率 检修时阀门的检修密封副可将上游水阻断而进行检修 不影响其它管道供水发电 解决了历年来因检修阀门必需停止发电的被动局面 该产品具有满足使用工况 利于检修的双密封特点 对水资源的合理利用 节约用水具有明显的社会效益 1 检修密封缸体6 主密封活门密封圈2 阀体7 主密封阀体密封圈3 检修密封阀体密封圈8 调节螺钉4 检修密封活门密封圈9 调节压板5 活门 主阀结构及其主要特点 工作密封和检修密封采用均移动差压式金属硬密封结构形式 主要由阀体密封圈 活门密封圈 压盖 活塞环等组成 阀体密封圈为动密封环 采用异面形式 材料为不锈钢 密封面堆焊硬质合金 有效防止汽蚀和磨损 活门密封圈用球面形式 材料为不锈钢 同时 可在不拆卸阀体的情况下 检修或更换密封圈 水轮机双密封球阀密封机构 水轮机进水球阀设有上 下游两个密封装置 即在出水端设置工作密封副 在进水端设置检修密封副 正常工作时仅工作密封投入使用 当工作密封需要检修时 为了不排空压力钢管 且不影响其它机组的正常运行 检修密封副投入工作 密封设计合理 硬密封严密 耐磨损 检修密封副 工作密封副 活门密封圈 活门 阀体 阀体密封圈 主阀结构及其主要特点 密封原理图 当活门旋转时 动密封环先行 必须 脱离 使密封面间无旋转磨擦 开启力矩小 使用寿命长 在不拆开阀体的情况下 阀门上下游密封装置均可拆卸更换 在阀门外部设有指示机构显示动密封环所处位置 阀体密封圈均采用差压式结构 在活塞内两侧不受压力的情况下可保证在管道内的水压 或油压 下 检修密封处于开启位置 可有效地保护检修密封 因采用特殊的差动设计 密封环投入时能得到可靠的密封比压 确保阀门密封不漏水 在上下游动密封环操作腔的最高点设有排气测压接头 在向操作腔充水时 可手动操作排气阀 排除操作腔内面的气体 动密封环设有环形自冲洗式排砂结构 在密封环的运动过程中 能自动冲洗沉积在密封环滑道上的泥砂 保证密封环运行可靠 检修密封设有可靠的锁定装置 该装置能在撤除检修密封环操作压力后 仍能锁定密封环的位置 保证检修密封不漏水 密封圈排沙结构 密封圈指示机构 主阀结构及其主要特点 密封原理图 动密封环采用阀前水压或者油压驱动 二者各有优缺点 水驱动 油驱动 从环保和使用的可靠性方面考虑 我们建议采用阀前水压作为动力源 优点是动力源取自进水阀前的水压 能源有保证 在外界无电的情况下也能提供密封力 同时即使有外泄 对环境无污染 缺点是需要单独一套水系统 需要对水进行过滤 软化处理 成本较高 优点是动力源取自进水阀的液压系统 控制方便 成本较低 缺点是移动密封圈由于口径大 活塞加工难度大 很难保证在长期运行后活塞处不泄露 这样势必引起油水混合和对外部水资源环境产生污染 同时在外界无电的情况下不能提供密封力 影响阀门的使用 水系统 阀轴密封为运动密封 为了克服频繁运动产生的轴端密封磨损 阀轴密封采用本公司抗泥沙蝶阀专用技术 双重补偿性运动密封结构 其进水端用Yx密封圈 材料为聚胺脂 具有较高的弹性 自密封性和耐磨性 既能够有效防止泥沙进入轴承内 又使得密封更严密可靠 采用箱式结构 同时便于调整 拆卸和更换 后端采用预压可调成型填料结构 填料材料为夹织物橡胶材料 成型好 耐磨性好 密封可靠 成型填料为五件一组结构 可形成四个密封环 相当于四道橡胶密封圈 当长期运行产生一定磨损后 通过调节填料压盖上的调节螺钉仍可继续保持满意的密封效果 因此轴端密封完全可满足一个大修期不更换 不外漏的要求 1 阀轴2 填料压盖3 V型填料4 轴承座5 阀体6 滑动轴承7 Yx密封圈8 端面轴承9 活门 主阀结构及其主要特点 活门是阀门内最重要的受力零件 它的结构设计不仅直接影响活门的强度和刚度 而且影响阀门的流阻系数 介质流态 水力特性及工作性能等 我公司设计的活门从水力特性上考虑采用双偏心 双平板 通流式桁架结构 中间肋板呈对称分布 不仅解决了活门受力时的强度和刚度问题 同时所有过流截面的边缘在机床上加工成过流斜面 使其对阀门后水流稳定性引起的干扰作用很小 因此流阻小 介质流态和水力特性好 过流面积大通过对活门的数学模型进行流体有限元分析 得出的结果为 全开时的流阻系数仅为0 088 是国家标准的44 与模型实测的数据基本相同 其结构具有优良的水力特性 主阀结构及其主要特点 合理的强度和刚度是影响阀门密封性能的关键所在 由于活门受力条件较为复杂 传统的经验公式已无法精确计算其具体详细的受力及变形情况 我公司进水阀设计全部采用SDRC公司的I Deas大型软件和Flotran软件进行三维设计 有限元分析 装配 试验 干涉分析和动画模拟 流体分析 解决了阀门内最重要零件活门的受力的强度和刚度问题 使活门的流阻系数小 介质流态和水力特性好 主阀结构及其主要特点 液压系统的主要功能及特点 液压站和电气柜与阀门分体就近安装 不仅可有效的保护控制系统 而且有利于控制系统的维护与保养 1 液压系统介绍 液压站 分为整体式布置和分体式两种 接力器 单缸和双缸 含锁定油缸和不含锁定油缸 旁通油缸 管路 附件及阀门 液压站 该液压系统由油泵电机组 蓄能器 阀组 电磁换向阀 单向阀 液控单向阀 溢流阀 电磁球阀 节流阀 截止阀 回油滤油器 网式滤油器 油路块 压力控制器 压力变送器 液位变送器 油箱 等组成 液压系统原理 功能 1 进水蝶阀液压系统原理图及功能说明 1 补油部分两台油泵 通过压力控制器自动控制 当蓄能器压力下降至14 5MPa时 油泵电机启动 当压力低于14MPa时双泵启动 当压力升高到17MPa时 油泵电机停止 手动泵在无电或调试时用 2 系统保压液压系统回路靠液控单向阀隔离 阀门在全开时 通过电磁阀和单向阀与接力器无杆腔相连 使得阀门在全开位置碟板不抖动 3 液压控制油路含主阀 旁通阀 锁定的控制电磁换向阀 速度调节阀 2 主要元件结构及工作原理 1主油缸 接力器 驱动球阀球体转动 从而使阀门开启和关闭 由缸体 活塞杆 导带 Yx密封圈 O型密封圈 防尘圈 锁定油缸及锁定油缸密封圈组成 固定缓冲和可调缓冲 缸径有 100mm 500mm 有单缸和双缸 2 主要元件结构及工作原理 2旁通油缸 液控蝶阀 针型阀 控制旁通管上的液控阀的开启和关闭锁定缸径 杆径 行程由缸体 活塞杆 活塞密封圈 O型密封圈 防尘圈 耳轴 导向套等组成排污阀油缸 2 主要元件结构及工作原理 3 蓄能器蓄能器内腔由皮囊分为两部分皮囊内装氮气 皮囊外充液压油 当油泵将液压油压入蓄能器时 皮囊就受压变形 气体体积随压力增大而减小 液压油被逐渐储存 若液压系统需要液压油时 则蓄能器将液压油排除 蓄能器上部充氮气 先打开上盖 然后把充氮工具的出口接头装在充气阀上 把充氮工具的进口接头装在氮气瓶上 打开氮气瓶的截止阀 氮气就进入到蓄能器皮囊内 充氮压力8 9MPa 用充氮工具或充氮小车充入 蓄能器下面孔进液压油 充氮示意图 2 主要元件结构及工作原理 4 油泵轴向柱塞泵 是通过圆柱形的柱塞在缸体内作往复运动 改变缸体柱塞腔容积而实现吸油和排油的 主要工作构件是柱塞 缸体和回程盘 压力范围20 32MPa 原理 传动轴带动缸体旋转 回程盘将滑靴连同柱塞在止推板上滑动 迫使柱塞在缸孔内作往复运动 使缸孔内的容积产生变化 液体通过通道进入到缸孔内形成吸油 然后通过另一对称通道排除 MCY系列 立式安装 2 主要元件结构及工作原理 5 电磁换向阀该阀主要由阀体 两个电磁铁 阀芯 两个顶杆和两个复位弹簧等组成 电磁铁未通电时 阀芯被复位弹簧保持在中位 该阀有四个油口 P压力油口 T回油口 A和B为控制油口 工作原理当电磁铁通电时 电磁铁的力经推杆作用在阀芯上将其由静止位置推到所需的工作位置 由此使液流由P通A和B通T或P通B和A通T 弹簧 电磁铁 顶杆 阀芯 阀体 2 主要元件结构及工作原理 6 液控单向阀 液控单向阀是可以实现逆向流动的单向阀 当控制口K不通压力油时 阀的作用与单向阀相同 只允许油液向一个方向流动 反向截止 当控制口K通压力油时 推动控制活塞 并通过推杆抬起锥阀阀座使阀保持开启状态 油液就可反向流动 阀体 阀座 弹簧 阀盖 活塞 2 主要元件结构及工作原理 7 电磁溢流阀 溢流阀用于保护油泵和系统安全及控制系统压力 调整压力时 先松开锁紧螺母 顺时针旋转手轮 压力升高 反之压力降低手轮每转一圈 压力变化5MPa 调整后 拧紧锁紧螺母 手轮 锥阀 弹簧 阀芯 主阀芯 主阀体 先导阀体 锁紧螺母 3 液压系统的调试 使用与维护 1 加入工作介质 使用系统规定的液压油 L HM46 YB N46 抗磨液压油 液压油加入油箱时应经过过滤 过滤精度不低于18 15 ISO4406标准 加油高度为油标的可见高度 2 拧松溢流阀的调节螺钉 节流阀调至一定开度 蓄能器下面的两截止阀关闭 打开卸压截止阀 压力控制器控制线拆下 3 核对电机的转动方向是否正确 点动电机检查 4 启动油泵 运行正常后 空转5分钟 关闭卸压截止阀 在低压下 3MPa以下 运行5分钟 待电机油泵运行正常后 逐步调节溢流阀手柄使压力逐级升高 每升高一级稳定2至3分钟 要求无异常声音 压力升至18MPa后调节杆锁死 5 接上压力控制器接线座 打开蓄能器下的截止阀 检查压力控制器Y1上限值17MPa 下限值14MPa Y2上限值18MPa 下限值14 5MPa Y3控制值13 5MPa 6 调节节流阀 阀门开启速度 关阀速度达到预定要求 1 调试内容 3 液压系统的调试 使用与维护 2 使用注意事项 1 要注意保持液压系统周围环境的清洁 特别是在电站建设初期 液压站吊装到位后 应避免灰尘散落在液压站上 2 在正常运行情况下 各电磁阀多数处于原始断电状态 严禁随意人为改变电磁铁的状态 3 溢流阀调定压力不得超过19MPa 以免压力过高引起电机过载 4 液压站应加入规定的液压油 不得将不同牌号的液压油混合使用 系统投入运行3个月后 应将液压油过滤或更换 并清洗油箱 对于已变质或污染的液压油应及时更换 5 不得随意将压力控制器的控制点变动 以免影响系统正常工