紫坪铺水力发电厂大轴中心补气阀改造

陈世程　方戊强

摘要：本文详细论述了紫坪铺水力发电厂当前所使用大轴补气阀的形式，在运行过程中暴露的各种缺陷，以及大轴中心补气阀技改的必要性和重要意义。

关键词：补气阀；振动；涡带

概述

紫坪铺水力发电厂设计规模为760MW，单机容量190MW，水头变幅为68.4m～132.76m，在系统中的主要作用是调峰、调频、承担事故备用。机组大轴中心补气阀采用东方电机厂的Φ430平板橡胶密封补气阀。当机组在非最优工况区运行时，转轮下方形成旋转涡带，尾水管内的水流脉动加剧，真空度增加，导致机组的振摆增加。此时补气阀在大气压的作用下，克服阀体弹簧力开启，给转轮室下方的真空区进行补气，防止尾水管涡带产生及剧烈变化。补气阀下方设有浮筒，当紧急停机或其他情况导致有反水现象时，浮力将浮筒升起后与补气阀阀盘紧闭，防止转轮室的水通过大轴中心孔流出，发生事故。

1.补气阀改造的必要性

电厂原装补气阀为平板橡胶密封，当阀轴轴套磨损，弹簧轴发生偏移时，密封面中心发生位移，出现动作后不能可靠复位；同时由于补气阀是随大轴一起运行，而当补气阀动作复归期间，因为阀轴与大轴运行的不同步，造成密封面以及补气阀阀盘间旋转摩擦，磨损特别严重，同时，在补气阀动作复归的过程中，活塞盘与阀盘猛烈撞击，也加剧了补气阀零部件的损坏。紫坪铺电厂运行水头变幅达到了64.36米，运行工况恶劣，且运行已近10年，该补气阀也暴露出诸多问题：工作时啸叫声大、阀轴磨损严重、轴套磨损脱落、阀盘橡胶密封环磨损脱落、阀轴弹簧压盖的锁紧螺母脱落等。因为以上原因，对补气阀的检查、零部件的更换已经成了检修例行工作，增加了维护工作量，对机组过流部件汽蚀起不到好的预防效果，有必要对其进行改造。

历年发生的较严重补气阀缺陷如下：

1.1 2007年4月3日，在4#机组大修过程中，将阀罩拆除检查，发现补气阀中弹簧压盖、锁紧螺母均脱落，补气阀处于常开状态；

1.2 2007年6月27日，2#机组运行过程中，补气声音异常，检修发现补气阀因阀体弹簧压盖、锁紧螺母等脱落而处于全开状态；

1.3 2007年8月11日，3#机组运行过程中，补气声音异常，检查发现补气阀的薄螺母脱落、阀轴磨损严重，轴套已磨坏，补气阀整体损坏较为严重；

1.4 2011年2月，1#机组检修中发现补气阀弹簧断裂；2#机组检修中发现补气阀的轴套和阀轴磨损严重。

2.改造方案

当前在水电机组应用较为广泛的补气阀有，平板橡胶密封补气阀、浮球式补气阀、油缓冲补气阀、气缓冲补气阀等。其中：

2.1浮球式补气阀。

优点：结构简单，价格低廉。缺点：无缓冲装置，抗水锤能力差，阀口密封效果不好，浮球在弹簧力的作用下长时间剧烈撞击破坏阀口密封，甚至阀轴断裂、浮球变形、弹簧损坏，更不能进行合力补气起到预期的破坏汽蚀、减少裂纹的作用。

2.2油缓冲补气阀.

优点：具备一定的缓冲功能，可解决补气阀关闭时的部分振动和噪音问题。缺点：会有同轴度较差、补气阻力大、非优工况有金属异响等问题。同时可能发生缓冲油泄漏造成机组运行环境污染，增加维护工作量。

2.3气缓冲补气阀。

以XBF系列空气压缩缓冲补气阀为例。

优点：该补气阀采用快补、速回，到位缓慢关闭的国家专利技术，以空气作为缓冲介质，在缓冲活塞上装有缓冲逆止阀，当真空度达到补气阀设定值时补气阀打开，补气过程中缓冲逆止阀也打开，消除补气阻力，达到快速补气的目的。补气阀关闭发弹时，缓冲逆止阀关闭，被密封的空气起到缓冲作用后迅速释放，阀体在弹簧力的作用下关闭，达到快补、速回，到位缓慢关闭的技术要求。另外阀体采用自润滑防泥沙密封轴套，阀口密封效果较好。通可有效破坏气蚀，减少气蚀面积和转轮裂纹数量，降低相应的机组振动摆度。同时该阀门采用了万向连接器，阀杆和活塞的同轴度好，可避免阀体出现卡塞等现象。缺点：价格偏高。

3.结论

综合上述几种补气阀优缺点对比，可选用XBF气缓冲补气阀作为紫坪铺电厂机组大轴补气阀技改补气阀。该补气阀目前在国内水电站应用广泛，包括三峡水电站，向家坝水电站，云峰水电站等，其中三峡水电站于2007年3月在首台机组（14F）上进行了大轴补气阀改造，将原有ALSTOM的补气阀（该补气阀采用液压油作为缓冲介质）改造成了XBF气缓冲补气阀。三峡水电站原设计安装的ALSTOM大轴补气阀在运行以及检修中出现和发现的现象均与紫坪铺电厂现大轴补气阀较为相似。三峡水电站于2008年～2009年的年度机组大修中将改造后的机组大轴补气阀吊出检修，阀体各部件均未发现有明显损坏；同时三峡水电站还针对补气阀的补气量做了监测，监测结果显示改造效果较为明显。

参考文献：

[1]姜德政.三峡ALSTOM水轮发电机组大轴补气阀的改进[J].水电与新能源，2010（2）：38-39.

[2]王芸，张晋境.水布垭水轮发电机组大轴补气装置漏油分析[J].水电与新能源，2013（6）：42-47.