[科普中国]-分段关闭

简介

主配压阀是水轮机调速器机械液压系统的功率级液压放大器，它将电液转换器的机械位移或液压控制信号放大成相应方向的、与其成比例的、满足接力器流量要求的液压信号，控制接力器的开启或关闭。

分段关闭装置是确保拥有长引水管道的水轮发电机组在快速关机的过程下，引水系统的水压力不能超出设定值，另一方面它要保证水轮发电机组的转速不致过高。其具体的实现方式为：当水轮发电机组开始快速关机时，控制水轮机过水流量的导叶开度会从实际开度至全关位置，利用分段关闭装置控制导叶接力器的出口流量，则可以设置导叶的关闭速度，通常使导叶从100%开度至拐点（如30%开度）这段行程的关闭速率较快，以保证水轮发电机组的转速能快速下降，从拐点至全关位置的关闭速率较缓慢，以保证引水管道的水压力不超过设定值1。

主配压阀主配压阀主要由阀套和阀芯构成，其中阀套上设有油口。阀芯将油口完全封闭，液压系统间油路截止，接力器和导水机构保持不动；阀芯由中位向下移动时，压力油进入深色区域，接力器关闭，导水机构开度减小；阀芯由中位向上移动时，压力油进入浅色区域，接力器开启，导水机构开度增大。故可通过阀芯的移动来控制油口的开口面积，以控制接力器的开启或关闭及运动速度。

通常会在主配压阀开腔与接力器间设置分段关闭装置，分段关闭装置串接于主配压阀与接力器间。快速关机时，分段关闭装置退出，主配压阀置于最快关机态，导叶开度从全开位置至拐点段，仅依靠主配压阀控制接力器快速关闭；缓慢关机时，再将分段关闭装置投入，在系统中形成节流，控制接力器缓慢关闭。

水电站调速器主配压阀与分段关闭装置采用两个独立部件，该方案具有以下缺点：成本的增加，现有的分段关闭装置采用独立装置，造成加工与安装成本的增加；现场所需安装空间大，布置困难；在分段关闭装置油口存在一定的压力降，造成系统中压力损失。故行业内急需一种具有分段关闭功能的主配压阀，以方便安装、降低系统压降。

结构原理介绍具有分段关闭功能的液压控制型主配压阀结构，主阀芯上部为恒压腔活塞、下部为控制腔活塞，控制腔活塞面积大于恒压腔活塞面积。恒压腔活塞与主阀芯采用机械结构固定在一起，控制腔活塞与主阀芯独立。恒压腔常通系统压力油，通过外部液压控制单元改变控制腔的压力来控制主阀芯的动作。在阀套上设有油口，通过主阀芯的动作来实现油口开口大小的调节，以实现对接力器开启、关闭调节及速度控制。主阀芯中间位置向上对应于接力器开启状态、向下对应于接力器关闭状态。主阀芯偏离中间位置距离越多，油口经过的液压油流量越大，接力器运动速度越快。

开机时间调节螺母、关机时间调节螺母位于上端盖上部并分布于定位块两侧。通过分别调节开机时间调节螺母、关机时间调节螺母与定位块间的间距来调节主阀芯的极限位置以实现最快开机和关机速度的限制。

分段座固定于上端盖上端部，其上部为分段撞块，下部为分段油缸。分段撞块通过螺纹固定于恒压腔活塞上部并锁紧。分段油缸面积大于恒压腔面积。当主配压阀正常动作时，分段油口经过外部液压控制单元接回油，当分段关闭功能投入时，分段油缸可在压力油的作用下向上动作，其极限位置由分段调节杆预先设定2。

功能介绍本主配压阀具有常规主配压阀的自动运行、紧急停机功能，并增加分段关闭功能。自动运行功能具体为，分段油口接回油，外部液压控制单元控制控制腔口的压力来实现主阀芯的动作以实现主配压阀的自动运行。紧急停机功能具体为，分段油口接回油，控制腔口接回油，主阀芯在恒压腔口的压力作用下向下动作，接力器关机。

分段关闭功能具体为，分段关闭第一段为快速关机，分段油口接回油，主阀芯受控制腔口的压力控制向下动作，关机时间调节螺母抵于定位块，实现快速关机；当到达分段拐点时，分段油口接系统压力油同时控制腔口接回油，分段油缸向上运动，推动分段撞块带着主阀芯向上动作，当分段油缸移动到由分段调节杆所限极限位置时保持稳定，分段撞块也保持稳定，以实现接力器缓慢关机。

应用采用该种结构的主配压阀在大唐观音岩水电站（5×600MW）、大唐百龙滩水力发电厂（6×32MW）成功应用。在动态试验开始的第21.264s时，接力器由100%开始快速关闭；至24.463s时，开度至分段关闭拐点21%，分段关闭功能投入，接力器缓慢关机3。