索风营发电厂大轴补气阀改造

罗乐，陈浩

(华电贵州公司索风营发电厂，贵州 修文 550215)

1 问题的提出

华电贵州公司索风营发电厂(以下简称索风营电厂)装有3台200 MW水轮发电机组，总装机容量600 MW，水轮机型号为HLF154AO－LJ－590。#1机组于2005年8月投产，#2，#3机组于2006年6月投产。索风营电厂在系统中起着调峰、调频的作用，由于索风营电厂水库属于日调节水库，因此，开、停机比较频繁。索风营电厂大轴补气阀为ALSTOM公司提供的油缓冲式补气阀，该补气阀采用液压油作为缓冲介质，在缓冲活塞上钻制几个截流孔，在该阀工作时，活塞随阀盖一起下移，产生液压油阻力，起到缓冲作用。

水力机组在运行中对转轮下部进行补气，是改善运行工况、稳定机组运行、减缓气蚀的一个重要措施。主轴中心自然补气工作原理是:当尾水管真空度达到一定值时，补气阀开启，空气从主轴中心进入转轮下部，改善该处的真空。空气是可压缩的弹性介质，补入的空气形成一个弹性吸收能量的气垫，能缩减机组各部分振动振幅、尾水管的压力脉动及发电机的垂直振动。水力机组最优补气量约为1.5%过流量。

研究与实践结果证明，向靠近上冠和泄水锥的转轮出口中心区域补入大气(即自然补气)，是消除或减轻气蚀涡带、气蚀空腔、气蚀空泡等引起振动因素的最有效、最经济的方法。对于配有空心主轴的水轮机来说，可利用主轴中心孔设置自动补气阀，阀门的动作由补气点的压力变化自动控制，补气阀本身不干扰流道内的水流，在需要补气时可以沿最短路径将大气补到涡带上端中心的压力最低点，因此，这是一种比较理想的补气方式。如果补气系统设计合理并经过认真调试，对减轻水力振动和系统的谐振响应具有良好效果，不会降低水轮机效率，补气的噪声也很小。若补气系统设计不合理，可能会出现补不进气、补气量不足、减振效果差以及补气噪声太大等问题。

在实际运行中发现，原配补气阀开启力大，补气量较小，不足以消除尾水管涡带引起的压力脉动。在补气过程中，由于频繁动作，密封件容易损坏漏油，导致补气阀动作时无油缓冲，破坏补气装置，在汛期尾水位抬高时，存在尾水倒灌发电机内部的隐患，严重影响机组安全运行。索风营电厂技术人员经过咨询和调研，决定对现有的补气装置进行改造。

2007－03－14 T 05:25，索风营电厂运行中的#2机组顶部发出刺耳的声响，经检查，刺耳的声响来自于大轴补气阀位置;05:45，待#2机组停稳后，将#2机组大轴补气阀顶部钢盖板拆开，发现大轴补气阀弹簧断裂、弹簧限位螺帽严重变形、导向螺杆被剪断。在吊出#2机组大轴补气阀检查时发现，密封缓冲胶垫已脱落折断，导致补气阀动作时无缓冲，发出巨大声响，弹簧在没有保护的情况下超过极限，疲劳折断，导向螺杆也被剪断。

2.1 补气阀的缺点

在对补气阀进行解体研究后发现，该补气阀有如下缺点:

(1)补气不流畅(即补气有阻力)，并且缓冲油易泄漏;补气后阀盖在弹簧作用下回弹时，缓冲油对活塞有阻尼，同时给缓冲油加压，使缓冲油易泄漏。所以，该补气阀使用2个月就会由于缓冲油的泄漏而造成补气阀失去缓冲功能，从而引起工作噪音。有缓冲时补气阻力很大，降低了合理的补气量。

(2)维护工作量大，该补气阀使用2个月缓冲油就会泄漏，需要停机打开封盖进行加油。由于密封圈在补气过程中磨损较快，需要经常更换。

(3)缓冲腔由2个部件组成，同心度不好，在阀轴上下移动时产生很大的摩擦力。在阀盖关闭时，摩擦力太大会导致阀盖关闭不严。

(4)由于阀盖关闭不严，造成主轴内腔空气泄漏，失去对水轮机上涌的水有密封和缓冲效果，导致上涌的水进入补气阀上端，对发电机安全运行构成一定威胁。

(5)阀盖与上端补气管内壁距离较近，不利于补气。

(6)动密封采用焊接固定不易更换。

2.2 原补气阀原理和缺点

原补气阀设计不合理，维护工作量大，如图1所示。因补气阀动作时动密封位置经常磨损，当磨损至一定程度时，密封圈就会漏油，缓冲腔无油后起不到缓冲作用。失去缓冲的补气阀在动作时，缓冲垫回复的力量很大，经过多次回复撞击，缓冲垫就会损坏，失去密封和缓冲作用。缓冲垫损坏后补气阀在动作时就会发出金属撞击声，且会失去缓冲垫的止水作用，当尾水位抬高后则会造成水淹厂房事故。

图1 ALSTOM补气阀

2.3 改造措施

索风营电厂技术人员经过咨询和调研，决定采用新型结构的补气阀以弥补原有补气阀的不足。将大轴补气阀由原来的油缓冲类型改为自然气缓冲类型，新型阀门补气阻力和关闭阻力小。在缓冲活塞上设有几个空气反弹截止阀，在缓冲活塞下移时，空气反弹截止阀全部打开，空气迅速进入缓冲腔;反弹时，空气反弹截止阀全部关闭，对空气进行压缩来实现缓冲后关闭。在2008年年底#2机组大修和2009年年初#3机组大修时，对大轴补气管路进行了改造。在大轴补气管路下端加装DN 350蝶阀，用4个支架将蝶阀固定在管内四周。大轴补气管路加装阀门是为了防止汛期时尾水过高，来水进入大轴补气管路时手动关闭阀门，阻止水进入，保证大轴补气管路的畅通。

新型补气阀型号及主要技术参数:XBF系列缓冲式真空补气阀公称直径，400 mm;起始真空度，0.008 MPa;最大真空度，0.020 MPa;最大行程，50 mm;高度，510 mm;外径尺寸，650 mm。补气阀结构如图2所示。

图2 新型补气阀简图

新型补气阀有以下优越性:

(1)阀门满足快开、(缓关)慢关闭要求，阀门斜面密封处在正常情况下封闭严密不漏水，可有效防止因尾水位抬高而产生的漏水现象。缓冲装置在2个大修周期内免维护(空气不需要补充)。

(2)补气阀轴与缓冲活塞采用万向连接器，保证动、静部套同心度，没有卡塞现象。

(3)阀盖在关闭时很严，主轴内部空气不会泄漏，对上涌的水力冲击密封和缓冲效果良好。

(4)阀轴的轴套采用单轴套自润滑密封形式，避免经常加润滑油。

3 结束语

补气阀改造换型后，通过进行机组振动试验和电站运行考验，经过组装、调试、改进新补气阀，使之达到了水轮发电机运行要求。应将此项技术推广到华电贵州公司各水电站，避免新建电站使用维护量大、影响机组安全运行的原油缓冲式补气阀，使水轮发电机机组在各种负荷下各部位的振动和摆度值符合要求，使蜗壳和顶盖的压力脉动都在正常范围之内，避免气蚀，保障机组安全、稳定运行。