光照水电站水轮机圆筒阀介绍

腔内，阀体底面与顶盖下端面齐平，不干扰水流流动。 在正常开机工况下，先开启筒阀，然后开启活动导叶； 在正常关机工况下，先关闭导叶，然后关闭筒阀。在 机组出现事故情况下，筒阀可以实现动水自关闭。筒 阀由 6 个接力器及相应的控制系统进行操作，油压系 统工作压力为 6.3 MPa，当液压泵停止工作时，压力油 罐具备在紧急情况下关闭筒阀的容量。圆筒阀结构见 图 1。
运动速度/（mm/s）
36
6 0
0 0.36
0.95 1.18
接力器位置/m
图 3 圆筒阀行程与运动速度曲线
4.3 圆筒阀同步控制的动作原理 在筒阀上升过程中，每个接力器顶端的磁滞传感
器实时地将接力器的位置信号反馈至 PLC，由 PLC 不 断地比较 6 个接力器的位置读数，确定活塞水平位置 最低的接力器的位置作为基准位置（下降过程中也如 此）。然后分别将其他接力器的位置与之相比较，差值 再与允许偏差曲线相比较，若某个接力器的位置偏差 超过允许偏差的 30 %时，微调电磁阀励磁，将该接力 器下腔的油适量排入回油箱；当位置偏差超过允许偏 差的 70 %时，粗调电磁阀励磁，将该接力器下腔更多 的油排入回油箱。通过排油，使得该接力器上升速度 减缓，与其他接力器运动速度渐趋一致，从而保证 6 个接力器上升过程中的同步。筒阀下降过程中的电气 同步原理与此相同。筒阀在运动过程中，一旦某个接 力器的位置偏差超过了允许偏差，筒阀控制系统将发 出指令，停止其原方向的运动，使筒阀向相反的方向 运动，以消除发卡现象。若发卡现象消失，筒阀将继 续按原始方向运动，若发卡现象未消失，筒阀将向相 反方向再运动。若发卡现象消除，筒阀将继续按原始 方向运动，若发卡现象仍未消除，筒阀将停止运动， 同时发出发卡报警信号。圆筒阀液压控制原理见图 4。
2 圆筒阀的主要设计参数
圆筒阀主要设计参数见表 1。
3 圆筒阀的结构特点
圆筒阀布置在水轮机活动导叶与座环固定导叶之 间。在机组停机时，筒阀处于关闭状态，筒阀阀体下 落处于座环固定导叶与活动导叶之间，上端紧压布置 在顶盖上的密封条，下端紧压布置在座环上的密封条， 从而达到截流止水的作用。在机组要开启时，首先开 启筒阀，将筒阀阀体提升到座环上环与顶盖形成的空
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活动导叶
拉伸垫块 双头螺柱 筒阀
座环
固定导叶
图 1 圆筒阀结构
3.1 圆筒阀阀体 阀体由 16MnR 钢板卷焊而成，受运输条件限制，
阀体分为两半，分半面通过螺栓连接及定位销定位， 并在分半面四周开有小的 U 形坡口，以便在工地进行 封焊。
3.2 圆筒阀密封 筒阀的上部密封设置在顶盖底部，为不锈钢压板
3.4 圆筒阀接力器/操作机构 筒阀的操作由 6 个均布于顶盖上的φ280 mm 直缸
接力器来实现，接力器的操作力能够满足筒阀在动水 关闭的过程中出现发卡情况下将筒阀提起，接力器的 操作力传递到顶盖上。为了检修及实现接力器活塞杆 与筒阀的连接，在顶盖上沿接力器位置的径向方向设 置 6 个可开启的门盖。每个接力器的顶端设置有磁滞 传感器，可以将接力器活塞的运动位置信号反馈至 PLC 系统。
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光照水电站水轮机圆筒阀介绍
2009.№3
光照水电站水轮机圆筒阀介绍
朴春光 （哈尔滨电机厂有限责任公司, 哈尔滨 150040）
[摘 要] 光照电站水轮机圆筒阀是哈尔滨电机厂有限责任公司（以下简称哈电）自行设计及制造的第一个 圆筒阀。本文简要介绍了光照电站水轮机圆筒阀的设计特点。 [关键词] 圆筒阀; 结构特点; 同步装置 [中图分类号] TK730.4+7 [文献标识码] B [文章编号] 1000-3983（2009）03-0062-03
位置测量系统由布置于圆筒阀接力器中的位移传 感器提供绝对位置测量。测量系统提供 0.15 mm 的分 辨率以及 6 个输出通道来传送取决于接力器行程的位 移量。0.15 mm 的分辨率意味着每 1 mm 的位移可分 为 6 个点测量，接力器行程为 1180 mm，可由 7080 个点代表，PLC 数据处理器为 16 位，从接力器位移传 感器的位移信号经同步调节器连续输入 PLC。 4.2 PLC（可编程控制器）
3.5 圆筒阀锁锭及位置指示装置 通过 6 个 M64 锁锭螺杆拧入筒阀阀体的上端面，
将筒阀锁锭在全开位置，锁锭装置只有在机组检修时
投入。在筒阀长锁锭杆上设置行程开关发出位置信号 来反映筒阀全开和全关的位置。 3.6 圆筒阀连接螺柱及拉伸垫块
筒阀和筒阀接力器的连接是通过 6 个 M64 的连接 螺柱来实现的，其材料为高强度合金钢，连接螺柱的 一端拧入筒阀，另一端拧入接力器活塞杆，在连接螺 柱与筒阀上端面之间设有两块分半垫块，其作用是在 连接螺柱拉伸预紧后将配好厚度分半垫块放入连接螺 柱与筒阀上端面之间来保证螺柱拉伸达到设计的预紧 值。
[收稿日期] 2008-08-18
[作者简介] 朴春光（1972-），1995 年毕业于哈尔滨工业 大学机械设计及制造专业，一直从事水轮机结 构设计工作，工程师。
橡胶密封，筒阀的下部密封设置在座环下环板上，为 不锈钢压板橡胶密封，筒阀阀体与上、下密封接触处 的材料为不锈钢。
3.3 圆筒阀导向板 为防止筒阀在动水关闭时由于水流的冲击产生晃
动，在 12 个座环固定导叶的尾端焊有不锈钢导向板， 同时在相对应的筒阀外圆表面设置材料为铝铁青铜的 12 条导向板，此导向板通过螺钉把合在筒阀阀体上， 可以更换。
Structure Feature of Hydraulic Turbine Ring Gate at Guangzhao Hydropower Station
PIAO Chun-guang （Harbin Electric Machinery Company Limited, Harbin 150040, China）
4 圆筒阀的控制系统特点
圆筒阀自动化控制系统在现地和中控室均可实现 对圆筒阀的手动和自动开启及关闭，通过人机界面可 对圆筒阀机械液压自动化控制系统的各运行工况进行 设置，并对系统出现的故障采用时时报警的工作方式 传送给上位机，从根本上解决了系统故障人工监控难， 监测难的问题。此外，圆筒阀还设有同步控制装置， 可保证六个接力器同步工作，启闭时不产生卡涩现象。 圆筒阀的同步控制系统采用了电液同步的方式，由电 气控制部分和机械液压控制部分共同完成。圆筒阀的 电气控制部分主要包括筒阀位置测量系统和 PLC（可 编程控制器）。圆筒阀液压控制部分主要包括一套控制 阀组模块、6 个液压马达，6 个调节模块。 4.1 位置测量系统
PLC 是同步系统的核心部件，在 PLC 内部设定了 与圆筒阀接力器行程相关的允许位置偏差曲线，如图 2 所示。
允许偏差/mm
7.5
2.5
0 0
0.36
0.95
1.18
接力器位置/m
图 2 圆筒阀行程与偏差曲线
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图中横坐标为接力器行程；纵坐标为允许偏差， 单位为 mm。由图可看出，允许偏差在不同阶段是不 同的，在接力器移动的两个端部即（0～300 mm）和 （900～1180 mm）之间允许偏差（1～10 mm）小于行 程中段的允许偏差（10 mm）。偏差为任意两个接力器 位置之间的位移差值。
Abstract: The turbine ring gate of Guangzhao Hydropower Station was first ring gate which was designed and manufactured by Harbin Electric Machinery Company Limited .The design features of ring gate are briefly introduced in this paper. Key words: ring gate; structure feature; synchronization system
为了防止圆筒阀在其行程的起始段和终止段运动 速度过快，PLC 中还设定了圆筒阀的开启和关闭速度 曲线，如图 3 所示。其形状与位置偏差曲线一致。筒 阀的运动速度为接力器位移的函数，在接力器行程的 起始段和终止段，筒阀的运动速度远小于中间段的运 动速度。在筒阀运动过程中，PLC 按照这个速度曲线 向速度控制阀发出调节信号，控制筒阀的运动速度。
1 前言
光照水电站位于贵州省关岭县与晴隆县交界的 北盘江中游，电站年利用小时数 2648 h，建成后并入 贵州电网运行，并在系统中承担调峰、调频及事故备 用。电站装机 4 台，总容量 1060 MW，每台水轮机设 置一套圆筒阀。
圆筒阀可以替代蝴蝶阀和球阀兼做机组的事故 保护阀，一定程度上可以作为机组的检修阀门，可以 部分地取代进口快速闸门的作用，其对多泥沙河流， 调频调峰电站机组的保护及较高的性能价格比已经受 到了水电行业广泛的重视。
1DF 2DF 回油
4DF 3DF 回油
WO
7DF
5DF
8DF
A B 6DF
PT
高压操作油 回油
高压控制油
回油
图 4 圆筒阀液压控制原理
5 结论
光照电站圆筒阀在制造完毕后于 2007 年 2 月在厂 内进行了预装及动作试验，试验结果证明圆筒阀的结 构与同步控制系统的设计是满足要求的，为筒阀在工 地的安装和调试积累了经验。在 2008 年 7 月，光照电 站圆筒阀在工地完成了有水调试，分别进行了在静水 中的圆筒阀开关试验以及在导叶空载开度下的动水关 闭试验，圆筒阀在静水中的开关均很平稳，开启时间 为 61 s，关闭时间为 79 s，圆筒阀在关闭后封水效果也 很好。圆筒阀在导叶空载开度下的动水关闭也很平稳， 动水关闭时间与静水中的关闭时间相同，也为 79 s， 同时圆筒阀在动水关闭过程中，水轮机顶盖的振动和 水导的摆度与空载工况相比基本没有变化。另外，在 导叶紧急关闭的同时，圆筒阀也实现了联动功能，能 够自动紧急动水关闭，起到了上游快速闸门的安全保 护作用，保证了机组的运行安全。光照电站圆筒阀在 工地的有水调试结果证明，哈电首次自行设计及制造 的圆筒阀是成功的，标志着哈电在圆筒阀的研制上迈 出了重要而关键的一步，并积累了丰富的经验，为今 后新筒阀的设计及制造打下了坚实的基础。
表1
设计水头/ m 圆筒阀外径/ mm 圆筒阀内径/ mm 圆筒阀高度/ mm 圆筒阀行程/ mm 接力器数量及直径/ mm 接力器额定操作油压/ MPa 圆筒阀开启时间/ s 圆筒阀关闭时间/ s 圆筒阀同步方式
164.42 6590 6330 1340 1180 6-φ280 6.3 60~90 60~90 电液同步