蝴蝶阀液压控制系统技术改造

林孝财

【摘 要】全面分析了水东电站原蝴蝶阀液压控制系统由于设计、制造不合理等原因，导致蝴蝶阀操作时发生拒动、锁锭基础板扭曲变形等后果。通过对整个蝴蝶阀控制系统进行技术改造，选用HJK-850/01的集成控制装置，元件与元件之间，元件与集成块之间实现集成控制。从而彻底解决了蝴蝶阀操作拒动、锁锭基础板扭曲变形、柜内管接头漏油等现象，大大提高了蝴蝶阀控制系统的速动性、可靠性，有利地保证了机组的安全运行。

【关键词】 蝴蝶阀液压控制系统 电磁配压阀 四通滑阀 旁通阀 锁锭 集成装置

水东电站作为福建省尤溪流域的第三梯级厂（坝后引水式），安装有4台 20MW的水轮发电机组，水轮机型号：ZZD32B—LJ —330 ，发电机型号：SF20—28/550，机组转速214.3r/min，飞逸转速450r/min，设计水头33m。机组主要担负着系统的调峰、顶峰任务，开、停机频繁，并且投入了低周自启动装置，因此对机组的速动性、安全性、稳定性有较高的要求。

蝴蝶阀（蝶阀）是水轮机的重要部件，其主要作用是：（1）机组检修时，用于截住上游水流；（2）机组较长停机时，关闭蝴蝶阀，可减少机组导叶的漏水量；（3）当调速器或导叶发生故障时，用于紧急切断水流，防止机组飞逸时间超过允许值，避免事故扩大；（4）引水式水电站，在分叉管末端设置蝴蝶阀，以便一台机组检修而不影响其它机组的正常运行。水东电站的蝴蝶阀型式为卧式立面分半液压操作方式，蝴蝶阀直径为4600㎜，接力器形式为摇摆式双接力器（直径550㎜），工作油压为4.0Mpa。蝴蝶阀液压控制系统作为蝴蝶阀开启、关闭的控制机构，其工作安全、可靠与否，将直接影响到机组运行的安全性、可靠性。原蝴蝶阀控制操作装置型号为：HG-0.4/40，其控制系统图如图1所示。该系统由51DP、52DP两个电磁阀、四通滑阀HF、油阀YF、液动配压阀、1XL、2XL限流器及管路等组成。自投产以来，1-4号机蝴蝶阀在开关操作过程中相继出现锁锭未提到头而接力器提前动作，将锁锭基础板（40㎜钢板）扭曲变形、锁锭头蹩坏的的严重后果，以及日常运行不可靠、管接头渗漏油、装置缺陷难以消除等诸多隐患，不仅影响机组的安全运行，也威胁着厂房、发电设备及生产人员的安全。

1 HG-0.4/40型蝴蝶阀液压控制系统运行存在的问题

（1）整个控制系统设计复杂、检修维护量大、备品备件较贵；（2）控制柜内油管路错综复杂、管接头多达100多个，接头密封性能差，存在严重的渗漏油现象，为此还特地制作大油盆进行接油，由检修人员定期负责接排油、清扫；（3）电磁配压阀动作不可靠，经常出现卡死现象，从而导致蝴蝶阀无法自动操作。电磁配压阀阀芯与衬套配合间隙偏大，且无自锁功能，曾出现阀芯在动作到位后，因间隙大、无法自锁，阀芯自动移位、设备误动。为确保电磁阀动作正常，由检修人员定期进行解体清洗；（4）四通滑阀与缸体间的配合间隙偏大，且无自锁功能，在机组运行时，由于厂房振动较大，曾出现四通滑阀自行跑位，在下一次操作时，未等蝶阀锁锭提到头后，蝴蝶阀接力器就开始动作，从而导致锁锭基础板扭曲变形、锁锭头蹩坏等严重后果；（5）对透平油质量要求较高。因水轮机层环境较潮湿，集油槽内的油易劣化变质，从而时有引发电磁配压阀卡涩、无法正常动作的现象；（6）锁锭缸的K腔位置加工偏低（各台均不一样），在锁锭未全提到头时，其下腔压力油已流通至52DP处，就可能出现前1.4所述现象；（7）整个系统在操作过程中振动、噪声较大；（8）系统投入的速动性、安全性、稳定性较差；（9）开、关闭时间不易调整；

2 改造处理

鉴于上述情况，公司决定利用机组大、小修的机会对其蝴蝶阀液压控制系统进行了改造试验。根据实际情况，经反复调研、比对，最终选择了型号为：HJK-850/01的集成控制装置。

2.1 HJK-850/01装置结构、特点

HJK-850/01蝴蝶阀集成控制装置由WDP-10-63电磁配压阀3台（德国进口），JYF-25油阀1台，JHF-25四通滑阀1台，YX-100电接点压力表1个，压力表开关1个，一块集成块组成。该装置的特点就是自动化元件全部采用板式连接，并安装在集成块上，实现无管连接，可实现免维护，在技术上关键的自动化元件采用进口元件，使得系统的可靠性大大提高，元件与元件之间，元件与集成块之间实现集成控制。在控制柜内装有开启、关闭操纵按钮及全开、全关指示灯，锁锭投入、拔出指示灯。其操作线路与中心控制区室操作线路并联，在控制装置或中心控制室均可操作。

2.2 HJK-850/01装置的控制原理：（配合图2：机械液压原理图说明）

2.2.1蝴蝶阀开启控制：

a、开机条件具备；b、导水机构全关；c、压油罐油压正常；d、钢管、蜗壳水压基本平衡。上述条件满足后，当发出开启蝴蝶阀的命令后，3WDP电磁配压阀左边电磁线圈通电，阀芯右移，油阀 JYF上腔通压力油，使油阀开启。压力油通至四通滑阀JHF；同时压力油进入锁定开腔B3，锁定开启，1WDP电磁配压阀左边线圈通电，压力油进入旁通阀的开腔B1。旁通阀提起，蜗壳充水，锁锭下腔K用堵头堵住，集成装置控制端（X）与P腔短接压力油通至电磁配压阀2WDP压力口，待蜗壳水压升至压力信号器定值时（即蜗壳、钢管水压基本平衡）电磁配压阀2WDP左边电磁线圈通电，阀芯右移，压力油进入四通滑阀 JHF的左端，四通滑阀活塞右移，压力油经四通滑阀至接力器开腔B，将蝴蝶阀开启，当蝴蝶阀开至全开位置时，其行程限位开关接点动作，开启指示灯亮，同时将蝴蝶阀开启继电器释放，电磁配压阀3WDP右边线圈通电，阀芯左移，关闭锁定投入， 同时1WDP右边线圈通电 ，阀芯左移，关闭旁通阀， JYF油阀关闭。

2.2.2蝴蝶阀关闭控制：

当操作蝴蝶阀控制开关发出关闭命令后，电磁配压阀1WDP 左边电磁线圈通电动作，阀芯左移，旁通阀开启，电磁配压阀3WDP 左边线圈通电动作，阀芯右移，锁定拔出，JYF油阀开启，随即2WDP右边电磁线圈通电，阀芯左移，压力油进入四通滑阀的右端，推动阀芯左移，压力油经四通滑阀至接力器关侧A。当蝴蝶阀至全关位置时，行程开关闭合，全关位置指示灯亮，同时将蝴蝶阀关闭，关闭继电器释放，电磁配压阀3WDP右边电磁线圈通电，锁锭投入，阀芯左移，1WDP 右边电磁线圈通电，阀芯左移，旁通阀关闭，JYF油阀关闭。（以上的左、右都以人面对元件前面为基准）

2.2.3 HJK-850/01技术要求

①控制装置安装调试后，具备现地控制操作和远方控制操作以及自动控制操作，系统操作平稳、振动小等；②电磁配压阀采用进口双向控制电磁阀，电源采用直流220 V ，并能实现手动操作；③集成控制阀铸造时，不能有任何穿透性的气孔或夹渣情况；④适用的额定油压应为4.0 MPa；制造出厂前应在6.0 MPa油压下进行耐压试验，且没有渗油及窜油现象；⑤蝴蝶阀的开关时间可调范围应在80---100秒之间；⑥控制箱面增设锁锭动作位置指示灯，操作按钮带有防误装置；控制箱尺寸为：长835mm×宽655mm×高1405mm，颜色为浅驼灰；⑦控制箱对外接口应与现场的管路布置相一致（采用高压软管连接），并在箱内后上侧预留压力控制器接口；控制箱端子排安装在柜后左侧下方（竖直方向）、空开在端子排上方；⑧各电磁配压阀应配有用途指示标志铭牌（不锈钢）；各压力表前需加装隔离阀，且油压表前另加装一道缓冲装置，以防止操作时高压油瞬间进入油压表将其冲坏；⑨集成装置锁锭控制端K腔在柜内用软管直接短接，从压力油总油管P上取油，压力油直接守候在2WDP及JHF处，以防止JHF失压后，因厂房振动等原因JHF阀芯自动偏移，而导致误动作。

2.2.4安装与调试

①安装：机组大修时，先把原有的操作柜各液压元件及管路整体拆吊；将HJK-850/01的集成控制装置吊装就位，然后进行管路配制和电气接线。② 调整试验：为了保证安全，在装置充压力油前可先把接力器的开、关侧进油阀关闭后进行。调整蝴蝶阀的开、关闭时间即调整限流器的开口量大小，将蝴蝶阀开、关闭时间控制在80-100S内，其中开启时间可比关闭时间延长几秒；手动及自动开关闭蝴蝶阀试验以及开停机联动开关闭蝴蝶阀试验等。

2.2.5该装置的优点

①该装置小巧紧凑，且取消了原有液压元件间的连接管路，彻底消除了渗漏油。② 投运以来，整个装置运行稳定，动作可靠，减小了装置动作过程中的振动。③ 整个装置对油质的要求有了很大缓解，避免了潮湿环境的影响。④检修与维护工作方便快捷，基本实现了免于维护。

2.2.6 该装置应注意的问题：

① 该装置采用了3个电磁阀，在手动操作时，要特别注意其操作的先后顺序，以防事故的发生，应尽量采用自动操作。② 该装置采用铸铁浇铸件，其强度较低。在安装、检修过程中 紧固螺丝时要注意其紧度，以防出现崩裂。③装置的四通滑阀阀芯配合很紧密，如出现发卡，拔出阀芯进行清洗，清洗后上油装复。④ 应加强运行及检修维护人员的技术培训工作，以提高他们的技术素质和操作技能。

3改造处理后效果

经几年来的运行考验，1-4号机蝴蝶阀液压控制系统技术改造后，在各种运行工况下动作安全、可靠，再无发生拒动、锁锭基础板扭曲变形、锁锭头蹩坏等现象，且柜内设备接头实现零渗漏，装置检修、维护方便。大大提高了蝴蝶阀动作的速动性、稳定性，有利保证了机组的安全可靠运行。