水下液控充水閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

1、水下液控充水閥的設(shè)計(jì)與應(yīng)用王興?。ㄘS滿發(fā)電廠，吉林 吉林 132108）摘要 介紹了閘門水下液控充水閥的閥體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，驅(qū)動裝置和開度裝置的技術(shù)特性及其在到高水閘門上的應(yīng)用。關(guān)鍵詞 水電站用閥；水下液控閥；液壓驅(qū)動；開度傳感器Design and application of hydraulic control valve in the WaterWANG Xing-long(Fengman Hydropower Plant,Jilin 132108,China)Abstract:Introducing the hydraulic control valve body design,and te

2、chnical characteristics of actuator and opening unit, and applications of higherwater head on the steel gate.Key words:valves for hydropower station;hydraulic control valve in the water; actuator;opening sensor1 概述在靜水中開啟的閘門，應(yīng)設(shè)置充水平壓裝置。對于高水頭閘門一般采用充水閥作為平壓裝置。充水閥一般由帶有導(dǎo)向槽（桿）的吊桿拉動開啟，依靠自重或外力關(guān)閉。由于充水閥沒有準(zhǔn)確的開度測

3、量裝置，開關(guān)誤差較大，不能全開或全關(guān)，影響閥門工作效率。隨著閥門應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，由液壓啟閉機(jī)驅(qū)動的水下液控充水閥，逐漸在高水頭閘門上得到了應(yīng)用。2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)閘門水下液控充水閥主要由閥體組件和驅(qū)動裝置2個(gè)部分組成。閥門開關(guān)由驅(qū)動裝置的液壓缸控制，由開度儀監(jiān)測開度參數(shù)并傳輸給液壓電氣控制系統(tǒng)（PLC），完成閥門的操作運(yùn)行。2.1 閥門組件充水閥（圖1）位于閘門對稱中心線的上部，過流通道一般水平貫穿梁格。充水閥按該閘門的設(shè)計(jì)水頭設(shè)計(jì)計(jì)算，采用實(shí)體閘板結(jié)構(gòu)，由喇叭形進(jìn)水口、閘板、閥室矩形出水口和止水裝置等組成。閥座為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，進(jìn)水口緊接閥室。閥門密封裝置采用定制的P60型橡膠止水，預(yù)壓

4、縮量4mm，安裝在閥室上游側(cè)。在閥室上游側(cè)安裝懸臂式導(dǎo)軌和支撐主軌，閘板設(shè)置導(dǎo)軌和主軌中間。閘板由鋼滑塊支撐，其上部設(shè)有吊耳與液壓缸活塞桿剛性連接，其下部底邊設(shè)計(jì)成下游側(cè)上斜的傾角結(jié)構(gòu)，優(yōu)選為30，用以改善出水流態(tài)。底邊上游側(cè)不作傾角設(shè)計(jì)。在閘室下游為出口段。圖1 充水閥全關(guān)狀態(tài)2.2 驅(qū)動裝置充水閥的驅(qū)動裝置采用小型水下液壓啟閉機(jī)，動水啟閉。其開閥力、關(guān)閥力、持住力以閘門設(shè)計(jì)水頭下按動水啟閉的平面閘門啟閉力計(jì)算，由此按預(yù)留10%的安全余量確定驅(qū)動液壓缸的額度啟閉力，以確?？煽啃?。液壓驅(qū)動裝置由泵站和液壓缸組成，其中油箱、油泵組和各控制閥等優(yōu)化布設(shè)在不銹鋼罐內(nèi)，液壓油選用N32的礦物基液壓油。

5、不銹鋼罐安裝在閘門頂，直徑500mm，高約600mm，由主罐體和上蓋組成，以法蘭連接密封。罐體下部是油箱結(jié)構(gòu)，中部為鋼隔板結(jié)構(gòu)，其上布置了電動機(jī)油泵組、濾油器、溢流閥組、電磁換向閥、液控單向閥、球閥、壓力繼電器、壓力表和部分管路等。罐內(nèi)的動力電纜和信號電纜集合成總電纜，經(jīng)專用電纜卷筒連接至閘門室PLC控制系統(tǒng)。以三位四通電磁換向閥換實(shí)現(xiàn)起升、停止、關(guān)閉3個(gè)運(yùn)行工況的油路更換。在閘門頂設(shè)置了磁致伸縮線性開度傳感器，同步監(jiān)測液壓缸活塞桿的線性伸縮運(yùn)行，即反映閥門的實(shí)際開度。充水閥的液壓傳動系統(tǒng)原理如圖2所示。圖2 液壓系統(tǒng)2.3 開度儀液控閥開度儀是監(jiān)測液壓缸活塞桿伸長即閥門開度的關(guān)鍵部件，能在不

6、可見狀態(tài)下提供閥門的運(yùn)行狀態(tài)，是閥門系統(tǒng)安全運(yùn)行的可靠保證。經(jīng)開度控制方案比選，采用耐水壓性較強(qiáng)的磁致伸縮線性開度傳感器（圖3）作為開度檢測裝置，由其采集的線性開度傳輸給液壓驅(qū)動裝置的PLC控制系統(tǒng)并顯示開度。開度傳感器由不導(dǎo)磁的不銹鋼管(測桿)、磁致伸縮線(波導(dǎo)線)、可移動的磁環(huán)和電子部件（電子倉）組成。當(dāng)閥門開關(guān)操作時(shí)，由電子倉內(nèi)脈沖發(fā)生器產(chǎn)生起始波導(dǎo)脈沖，并在波導(dǎo)線中傳輸，同時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)沿波導(dǎo)線方向前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)這個(gè)磁場與磁環(huán)的永久磁場（即永久磁鐵，與活塞桿或閥板測桿剛性牢接）相遇（磁場矢量疊加）時(shí)，即產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，形成螺旋磁場并產(chǎn)生瞬時(shí)扭力，使波導(dǎo)線發(fā)生扭動。當(dāng)扭動被安裝在電子

7、倉內(nèi)的拾能機(jī)構(gòu)所感知，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的終止電流脈沖。通過電子電路測量起始脈沖與終止脈沖之間的時(shí)間差，即可精確測出磁環(huán)即活塞桿或閥板測桿的位移，線性顯示閥門開度。輸出信號反映閥板位置的絕對開度，而不是比例或再處理的信號，不存在信號漂移或變值的情況，不需要定期定標(biāo)和率定維護(hù)，即使電源中斷、重新接通也不會影響數(shù)據(jù)接收，無須重新歸回零位。該傳感器線性耐水壓可達(dá)2Mpa，量程01000mm，分辨率0.1mm，系統(tǒng)綜合誤差小于1mm，輸出信號420mA，較適用于閥門開度的精確測量?？杀ＷC在有害介質(zhì)中的非接觸線性測量，具有穩(wěn)定可靠，重復(fù)性好，抗低溫，惡劣環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，安裝方便，壽命長等特點(diǎn)。但應(yīng)杜絕外界強(qiáng)磁干擾。圖3 磁致伸縮線性開度傳感器3 應(yīng)用在試驗(yàn)中水下液控充水閥開關(guān)可靠，實(shí)際開度與檢測開度相同，液壓系統(tǒng)能夠滿足閥門在設(shè)計(jì)水頭下動水開啟和靜水關(guān)閉的運(yùn)行方式，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均到達(dá)設(shè)計(jì)要求。投運(yùn)后，閥門開關(guān)運(yùn)行良好，操控方便，可靠性高。在對泄洪洞系統(tǒng)檢查工作中，兩扇閘門的液控充水閥分別承受了在57m和51m水頭作用下的開閥運(yùn)行，沒有出現(xiàn)拒動或卡阻等故障，閥門全開及全關(guān)指示準(zhǔn)確，較好地發(fā)揮了高水頭下開閥充水和關(guān)閥截水的功能。4 結(jié)語閘門水下液控充水閥較吊桿控制的充水閥，具有控制可靠、開度精確、操作方便、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)的特點(diǎn)，并成功應(yīng)用在發(fā)電廠泄洪洞高水頭