機械液壓過速水利科技論文
機械液壓過速水利科技論文
1.我國水電站對過速保護系統的使用歷史
我國在發展基礎工業的初期階段，絕大多數的技術和機器都來自前蘇聯。水力發電從解放以來很長一段時間都是全套引進得前蘇聯水輪發電機組設計技術，並且同步使用JSX型機械轉速訊號器作為水輪發電機組的過速保護監控。但由於當時技術的侷限性，該型機械轉速訊號器只能發出過速保護訊號，而不能根據訊號作出相應的保護措施，也就是說只有報警而機械不能相應的執行保護操作；另一侷限性表現在該型機械轉速訊號器在長時間的工作後會出現誤傳訊號或者作業失靈的現象。直到八十年代中期，研究者針對前者只報告訊號不操作的侷限性，增加了帶執行操作部分的機械液壓過速保護裝置，但該由於當時電子資訊科技尚不完善，在作業過程中經常發生讀卡不成功導致拒絕執行操作現象。改革開放之後，大量的國外的產品和技術被引進到國內，有幾種國外廠商提供的純機械液壓過速保護裝置被一些水電站使用，但是又出現了新的問題：國外的純機械液壓過速保護裝置與水輪發電機大軸連線的卡環設計有瑕疵，在安裝的時候還需要增加一道在水輪機大軸上加工齒口的工序之後，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和大小、粗細、長短的規格，都是經過嚴格計算的，在水輪機大軸上再加工齒口必然會對大軸的強度產生影響，會產生很大的安全隱患。另外對於經濟建設來說，拿貨時間、購買預算、花費的人力、物力，以及對國外產品技術的掌握和其產品的售後維修服務都在重點考慮之列，故使用國產的、效能可靠地、能解決上述侷限性的過速保護系統裝置是勢在必行。
2.新型機械液壓過速保護裝置的優勢
2.1透過技術知識的積累和以往現場作業反饋給我們的經驗可以瞭解到：機械液壓過速保護裝置的優點就在於獲得的轉速訊號不是來自於機組的轉速測量裝置，而是由於裝置本身的離心探測器透過機組轉速上升而增大的離心力帶動柱塞作徑向位移而直接啟動事故配壓閥操作液壓回路來關閉的導水機構，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後可能發生的機器損壞和飛逸事故的發生，可以確保水輪發電機組的安全執行。新型機械液壓過速保護裝置國內就已經擁有極高的技術力量去生產，機器維護簡單方便，相對於昂貴的國外產品，可靠性高、經濟預算少、適合國情，對於關係到國家大中小城市、村鎮的水電站作業可以達到廣泛應用。
2.2新型機械液壓過速保護裝置的技術要點和設想
2.2.1在調速器失靈的情況下，新型機械液壓過速保護裝置能實現“零時間”無縫連結，直接啟動事故配壓閥操作液壓回路來關閉的導水機構，從而實現緊急安全關機。
2.2.2新型機械液壓過速保護裝置與電子調速器的有機結合，實際上就是完成了兩套過速保護裝置系統的安裝，新型機械液壓過速保護裝置本質上是一套在電器測速系統發生故障、電源系統和調速器同時失控的情況下的備用保護裝置，完善了過速保護裝置的工作系統。
2.2.3鑑於機械運動必然產生的`高溫和軸承的變形，以及在作業的應用範圍，比如應用到水電站的地下深層取水，應用到石油工業的地下深層取油過程中，必然要遇到高溫和高壓的問題，新型機械液壓過速保護裝置必須要克服高壓和高溫德難關。。
2.2.4標準液壓元件已經在水電市場的大量應用，將標準液壓元件應用於新型機械液壓過速保護裝置，不僅能大量節省製造時間，提高水電輔機產品的標準化程度，並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
新型機械液壓過速保護裝置為兩級控制的切換閥。離心探測器由兩個半法蘭圓環、彈簧以及配重塊組成。法蘭環安裝在大軸承上，當軸承旋轉的時候，法蘭環也隨之旋轉，而旋轉產生的離心力則由探測器中彈簧產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，而法蘭圓環上配置的配重塊，則加強了兩個半法蘭圓環運動的平穩性。而當機組處於過速狀態且其他過速保護裝置不能正常控制速度時，當機組轉速達到了設定的上限17.8r/min時，則離心探測器中的柱塞產生的離心力大於彈簧的彈力，從而使柱塞產生徑向位移，離心力增大產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，則柱塞可以直接撞擊到切換閥的撞塊，使得切換閥開始動作，透過與其串聯的電磁先導閥作用於事故配壓閥，然後透過壓力油推動事故配壓閥來切換油路，從而實現快速關機的操作。同時電氣接點導通，發出事故停機警報。
3.2液壓系統工作原理
機組正常執行時，過速保護裝置內的切換閥處於開的狀態，事故配壓閥上的電磁先導閥不動作，此時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通道，使得壓力油經過主配壓閥和事故配壓閥通道進入導葉接力器。當機組過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速保護裝置未能正常啟動時，一旦達到設定的臨界值117.8r/min時，由於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，使得切換閥進入動作程式，使得事故配壓閥左側油匯入到漏油箱，而排出油，其另一側壓力油則導致了兩側管道的壓力差，由於右側油壓力產生的壓強，右側的壓力油便將事故配壓閥活塞向左推動，使得壓力油透過事故配壓閥的內腔直接進入到導葉接力器的關腔，並同時切斷經過主配壓閥的壓力油迴路，並透過導葉接力器關閉電氣閥門。在此執行過程中壓力油不經主配壓閥而直接透過事故配壓閥的內腔操作來關閉導葉接力器，縮短了壓力油的作用路線，既縮短了導葉操作的反應時間，也減少了油耗。還有一點要補充說明的是，在啟動緊急事故停機流程來關閉機組進口快速閘門的時候，也同時啟動了事故停機流程來關閉導葉，雙管齊下保證了停機的安全性和可靠性。
4.機械液壓過速保護裝置在水電站作業中的可用機組型別
目前廣泛採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速保護裝置符合各項大工業時代對機械產品的需求：標準化程度高、耐高油壓、結構簡單、維護方便、經濟實用。機械液壓過速保護系統在水電站作業中可用於額定轉速為2500r/min以內，軸承直徑在100mm~2500mm內的軸流式、混流式、貫流式、衝擊式水輪發電機組，目前在國內大中小城市和廣大農村水電站已經得到了較廣泛的應用，並且在運作中已經避免了數起事故的發生，反響極佳。需要指出的是，在實際的應用中，為了配合新型機械液壓過速保護裝置的使用，水電站需要在引水管道上加裝一道檢修閘門，以方便水輪機的使用和維護，此項裝置需要增加一筆費用，不過其總體費用與傳統過速保護裝置所需要的總體費用相比仍然較少，符合經濟實用的需求。
5.結束語
隨著資訊時代的飛速發展，社會生產對機械自動化的推廣和自動控制技術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，機械操作智慧化已經是大勢所趨。機械液壓過速保護系統目前在電氣測速系統發生故障或者電源和調速器調速同時發生故障的情況下，已經成為過速保護的最後一套保障裝置，能基本滿足生產的需要，但是隨著生產力的發展，研究人員還要順應生產需求，進行進一步的技術革新，設計出更安全的甚至是完全智慧化的過速保護裝置。