機械液壓過(guò)速水利科技論文

　　1.我國水電站對過(guò)速保護系統的使用歷史

　　我國在發(fā)展基礎工業(yè)的初期階段，絕大多數的技術(shù)和機器都來(lái)自前蘇聯(lián)。水力發(fā)電從解放以來(lái)很長(cháng)一段時(shí)間都是全套引進(jìn)得前蘇聯(lián)水輪發(fā)電機組設計技術(shù)，并且同步使用JSX型機械轉速信號器作為水輪發(fā)電機組的過(guò)速保護監控。但由于當時(shí)技術(shù)的局限性，該型機械轉速信號器只能發(fā)出過(guò)速保護信號，而不能根據信號作出相應的保護措施，也就是說(shuō)只有報警而機械不能相應的執行保護操作；另一局限性表現在該型機械轉速信號器在長(cháng)時(shí)間的工作后會(huì )出現誤傳信號或者作業(yè)失靈的現象。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，增加了帶執行操作部分的機械液壓過(guò)速保護裝置，但該由于當時(shí)電子信息技術(shù)尚不完善，在作業(yè)過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生讀卡不成功導致拒絕執行操作現象。改革開(kāi)放之后，大量的國外的產(chǎn)品和技術(shù)被引進(jìn)到國內，有幾種國外廠(chǎng)商提供的純機械液壓過(guò)速保護裝置被一些水電站使用，但是又出現了新的問(wèn)題：國外的純機械液壓過(guò)速保護裝置與水輪發(fā)電機大軸連接的卡環(huán)設計有瑕疵，在安裝的時(shí)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固性。我們知道軸承的材質(zhì)和大小、粗細、長(cháng)短的規格，都是經(jīng)過(guò)嚴格計算的，在水輪機大軸上再加工齒口必然會(huì )對大軸的強度產(chǎn)生影響，會(huì )產(chǎn)生很大的安全隱患。另外對于經(jīng)濟建設來(lái)說(shuō)，拿貨時(shí)間、購買(mǎi)預算、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(diǎn)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(guò)速保護系統裝置是勢在必行。

　　2.新型機械液壓過(guò)速保護裝置的優(yōu)勢

　　2.1通過(guò)技術(shù)知識的積累和以往現場(chǎng)作業(yè)反饋給我們的經(jīng)驗可以了解到：機械液壓過(guò)速保護裝置的優(yōu)點(diǎn)就在于獲得的轉速信號不是來(lái)自于機組的轉速測量裝置，而是由于裝置本身的離心探測器通過(guò)機組轉速上升而增大的離心力帶動(dòng)柱塞作徑向位移而直接啟動(dòng)事故配壓閥操作液壓回路來(lái)關(guān)閉的導水機構，完全是同一機組上的另外一套測速方法和感應、操作的裝置，避免了因為電器測速系統出現故障之后可能發(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(guò)速保護裝置國內就已經(jīng)擁有極高的技術(shù)力量去生產(chǎn)，機器維護簡(jiǎn)單方便，相對于昂貴的國外產(chǎn)品，可靠性高、經(jīng)濟預算少、適合國情，對于關(guān)系到國家大中小城市、村鎮的水電站作業(yè)可以達到廣泛應用。

　　2.2新型機械液壓過(guò)速保護裝置的技術(shù)要點(diǎn)和設想

　　2.2.1在調速器失靈的情況下，新型機械液壓過(guò)速保護裝置能實(shí)現“零時(shí)間”無(wú)縫鏈接，直接啟動(dòng)事故配壓閥操作液壓回路來(lái)關(guān)閉的導水機構，從而實(shí)現緊急安全關(guān)機。

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

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

　　2.2.4標準液壓元件已經(jīng)在水電市場(chǎng)的大量應用，將標準液壓元件應用于新型機械液壓過(guò)速保護裝置，不僅能大量節省制造時(shí)間，提高水電輔機產(chǎn)品的標準化程度，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(guò)速保護裝置為兩級控制的切換閥。離心探測器由兩個(gè)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，當軸承旋轉的時(shí)候，法蘭環(huán)也隨之旋轉，而旋轉產(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狀態(tài)，而法蘭圓環(huán)上配置的配重塊，則加強了兩個(gè)半法蘭圓環(huán)運動(dòng)的平穩性。而當機組處于過(guò)速狀態(tài)且其他過(guò)速保護裝置不能正�？刂扑俣葧r(shí)，當機組轉速達到了設定的上限17.8r/min時(shí)，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果就是增大了柱塞的旋轉半徑，徑向位移增加到一定的值時(shí)，則柱塞可以直接撞擊到切換閥的撞塊，使得切換閥開(kāi)始動(dòng)作，通過(guò)與其串聯(lián)的電磁先導閥作用于事故配壓閥，然后通過(guò)壓力油推動(dòng)事故配壓閥來(lái)切換油路，從而實(shí)現快速關(guān)機的操作。同時(shí)電氣接點(diǎn)導通，發(fā)出事故停機警報。

　　3.2液壓系統工作原理

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

　　4.機械液壓過(guò)速保護裝置在水電站作業(yè)中的可用機組類(lèi)型

　　目前廣泛采用的是由標準化耐高油壓事故配壓閥為主體構成的新型機械液壓過(guò)速保護裝置符合各項大工業(yè)時(shí)代對機械產(chǎn)品的需求：標準化程度高、耐高油壓、結構簡(jiǎn)單、維護方便、經(jīng)濟實(shí)用。機械液壓過(guò)速保護系統在水電站作業(yè)中可用于額定轉速為2500r/min以?xún)�，軸承直徑在100mm~2500mm內的軸流式、混流式、貫流式、沖擊式水輪發(fā)電機組，目前在國內大中小城市和廣大農村水電站已經(jīng)得到了較廣泛的應用，并且在運作中已經(jīng)避免了數起事故的發(fā)生，反響極佳。需要指出的是，在實(shí)際的應用中，為了配合新型機械液壓過(guò)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(mén)，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(guò)其總體費用與傳統過(guò)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(shí)用的需求。

　　5.結束語(yǔ)

　　隨著(zhù)信息時(shí)代的飛速發(fā)展，社會(huì )生產(chǎn)對機械自動(dòng)化的推廣和自動(dòng)控制技術(shù)水平有了更高的要求，對機械的穩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(guò)速保護系統目前在電氣測速系統發(fā)生故障或者電源和調速器調速同時(shí)發(fā)生故障的情況下，已經(jīng)成為過(guò)速保護的最后一套保障裝置，能基本滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要，但是隨著(zhù)生產(chǎn)力的發(fā)展，研究人員還要順應生產(chǎn)需求，進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)革新，設計出更安全的甚至是完全智能化的過(guò)速保護裝置。

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