机械液压过速水利科技论文

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1.我国水电站对过速保护系统的使用历史

我国在发展基础工业的初期阶段，绝大多数的技术和机器都来自前苏联。水力发电从解放以来很长一段时间都是全套引进得前苏联水轮发电机组设计技术，并且同步使用JSX型机械转速信号器作为水轮发电机组的过速保护监控。但由于当时技术的局限性，该型机械转速信号器只能发出过速保护信号，而不能根据信号作出相应的保护措施，也就是说只有报警而机械不能相应的执行保护操作；另一局限性表现在该型机械转速信号器在长时间的工作后会出现误传信号或者作业失灵的现象。直到八十年代中期，研究者针对前者只报告信号不操作的局限性，增加了带执行操作部分的机械液压过速保护装置，但该由于当时电子信息技术尚不完善，在作业过程中经常发生读卡不成功导致拒绝执行操作现象。改革开放之后，大量的国外的产品和技术被引进到国内，有几种国外厂商提供的纯机械液压过速保护装置被一些水电站使用，但是又出现了新的问题：国外的纯机械液压过速保护装置与水轮发电机大轴连接的卡环设计有瑕疵，在安装的时候还需要增加一道在水轮机大轴上加工齿口的工序之后，才能保证该装置不在水轮机大轴上做轴向位移，即才能保证装置在轴上的稳固性。我们知道轴承的材质和大小、粗细、长短的规格，都是经过严格计算的，在水轮机大轴上再加工齿口必然会对大轴的强度产生影响，会产生很大的安全隐患。另外对于经济建设来说，拿货时间、购买预算、花费的人力、物力，以及对国外产品技术的掌握和其产品的售后维修服务都在重点考虑之列，故使用国产的、性能可靠地、能解决上述局限性的过速保护系统装置是势在必行。

2.新型机械液压过速保护装置的优势

2.1通过技术知识的积累和以往现场作业反馈给我们的经验可以了解到：机械液压过速保护装置的优点就在于获得的转速信号不是来自于机组的转速测量装置，而是由于装置本身的离心探测器通过机组转速上升而增大的离心力带动柱塞作径向位移而直接启动事故配压阀操作液压回路来关闭的导水机构，完全是同一机组上的另外一套测速方法和感应、操作的装置，避免了因为电器测速系统出现故障之后可能发生的机器损坏和飞逸事故的发生，可以确保水轮发电机组的安全运行。新型机械液压过速保护装置国内就已经拥有极高的技术力量去生产，机器维护简单方便，相对于昂贵的国外产品，可靠性高、经济预算少、适合国情，对于关系到国家大中小城市、村镇的水电站作业可以达到广泛应用。

2.2新型机械液压过速保护装置的技术要点和设想

2.2.1在调速器失灵的情况下，新型机械液压过速保护装置能实现“零时间”无缝链接，直接启动事故配压阀操作液压回路来关闭的导水机构，从而实现紧急安全关机。

2.2.2新型机械液压过速保护装置与电子调速器的有机结合，实际上就是完成了两套过速保护装置系统的安装，新型机械液压过速保护装置本质上是一套在电器测速系统发生故障、电源系统和调速器同时失控的情况下的备用保护装置，完善了过速保护装置的工作系统。

2.2.3鉴于机械运动必然产生的高温和轴承的变形，以及在作业的应用范围，比如应用到水电站的地下深层取水，应用到石油工业的地下深层取油过程中，必然要遇到高温和高压的问题，新型机械液压过速保护装置必须要克服高压和高温德难关。。

2.2.4标准液压元件已经在水电市场的大量应用，将标准液压元件应用于新型机械液压过速保护装置，不仅能大量节省制造时间，提高水电辅机产品的标准化程度，并且降低了操作难度和维护的难度。

3.装置工作原理

3.1机械原理

新型机械液压过速保护装置为两级控制的切换阀。离心探测器由两个半法兰圆环、弹簧以及配重块组成。法兰环安装在大轴承上，当轴承旋转的时候，法兰环也随之旋转，而旋转产生的离心力则由探测器中弹簧产生的弹力作用在轴承柱塞上消除力的作用，使其保持径向的相对静止状态，而法兰圆环上配置的配重块，则加强了两个半法兰圆环运动的平稳性。而当机组处于过速状态且其他过速保护装置不能正常控制速度时，当机组转速达到了设定的上限17.8r/min时，则离心探测器中的柱塞产生的离心力大于弹簧的弹力，从而使柱塞产生径向位移，离心力增大产生的径向位移直接的结果就是增大了柱塞的旋转半径，径向位移增加到一定的值时，则柱塞可以直接撞击到切换阀的撞块，使得切换阀开始动作，通过与其串联的电磁先导阀作用于事故配压阀，然后通过压力油推动事故配压阀来切换油路，从而实现快速关机的操作。同时电气接点导通，发出事故停机警报。

3.2液压系统工作原理

机组正常运行时，过速保护装置内的切换阀处于开的状态，事故配压阀上的电磁先导阀不动作，此时事故配压阀只作为主配压阀操作导叶接力器管路中的一个通道，使得压力油经过主配压阀和事故配压阀通道进入导叶接力器。当机组过速运转且调速器调速失灵，急停电磁换向阀和事故配压阀上的电磁先导阀等过速保护装置未能正常启动时，一旦达到设定的临界值117.8r/min时，由于离心力的作用使得离心探测器中的柱塞旋转半径加大撞击到切换阀撞块，使得切换阀进入动作程序，使得事故配压阀左侧油导入到漏油箱，而排出油，其另一侧压力油则导致了两侧管道的压力差，由于右侧油压力产生的压强，右侧的压力油便将事故配压阀活塞向左推动，使得压力油通过事故配压阀的内腔直接进入到导叶接力器的关腔，并同时切断经过主配压阀的压力油回路，并通过导叶接力器关闭电气阀门。在此运行过程中压力油不经主配压阀而直接通过事故配压阀的内腔操作来关闭导叶接力器，缩短了压力油的作用路线，既缩短了导叶操作的反应时间，也减少了油耗。还有一点要补充说明的是，在启动紧急事故停机流程来关闭机组进口快速闸门的时候，也同时启动了事故停机流程来关闭导叶，双管齐下保证了停机的安全性和可靠性。

4.机械液压过速保护装置在水电站作业中的可用机组类型

目前广泛采用的是由标准化耐高油压事故配压阀为主体构成的新型机械液压过速保护装置符合各项大工业时代对机械产品的需求：标准化程度高、耐高油压、结构简单、维护方便、经济实用。机械液压过速保护系统在水电站作业中可用于额定转速为2500r/min以内，轴承直径在100mm~2500mm内的轴流式、混流式、贯流式、冲击式水轮发电机组，目前在国内大中小城市和广大农村水电站已经得到了较广泛的应用，并且在运作中已经避免了数起事故的发生，反响极佳。需要指出的是，在实际的应用中，为了配合新型机械液压过速保护装置的使用，水电站需要在引水管道上加装一道检修闸门，以方便水轮机的使用和维护，此项装置需要增加一笔费用，不过其总体费用与传统过速保护装置所需要的总体费用相比仍然较少，符合经济实用的需求。

5.结束语

随着信息时代的飞速发展，社会生产对机械自动化的推广和自动控制技术水平有了更高的要求，对机械的稳定性和对操作的安全性也有了更高的要求，机械操作智能化已经是大势所趋。机械液压过速保护系统目前在电气测速系统发生故障或者电源和调速器调速同时发生故障的情况下，已经成为过速保护的最后一套保障装置，能基本满足生产的需要，但是随着生产力的发展，研究人员还要顺应生产需求，进行进一步的技术革新，设计出更安全的甚至是完全智能化的过速保护装置。