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《東方電氣評論雜志》2016年第2期

摘要:

介紹了水泵水輪機(jī)主軸密封水的控制要求和特點(diǎn)，詳細(xì)論述了其系統(tǒng)配置和控制要求。

關(guān)鍵詞:

主軸密封;電動(dòng)閥;液壓閥;全自動(dòng)濾水器;PLC

隨著國內(nèi)電網(wǎng)的發(fā)展和系統(tǒng)電能結(jié)構(gòu)的變化，特別是核電的蓬勃發(fā)展，充分利用能源及保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性問題，倍受國家電力主管部門和用戶的關(guān)注。抽水蓄能機(jī)組以其獨(dú)有的蓄能和發(fā)電及調(diào)峰填谷特性，可以有效地改進(jìn)電力系統(tǒng)的能源結(jié)構(gòu)和提高供電質(zhì)量，抽水蓄能電站的建設(shè)和發(fā)展已形成了較強(qiáng)勁的勢頭。常規(guī)機(jī)組只有發(fā)電工況，而蓄能機(jī)組有發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、抽水、抽水調(diào)相等穩(wěn)定運(yùn)行工況。除了發(fā)電工況，其余3種運(yùn)行工況轉(zhuǎn)輪均有在空氣中運(yùn)行情況，因此主軸密封是個(gè)薄弱環(huán)節(jié)，這就對主軸密封水控制系統(tǒng)提出了更高的要求。本文僅對抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)主軸密封水控制系統(tǒng)進(jìn)行簡要介紹。

1主軸密封水的作用及工作原理

水泵水輪機(jī)主軸密封分為工作密封和檢修密封2部分。顧名思義檢修密封是當(dāng)機(jī)組停機(jī)檢修時(shí)才投入，本文不做介紹。工作密封是水泵水輪機(jī)正常運(yùn)行時(shí)工作的，是水輪機(jī)中比較脆弱的一套系統(tǒng)，如果設(shè)計(jì)或運(yùn)行不當(dāng)，極易出現(xiàn)密封燒損事故。主軸工作密封緊靠水輪機(jī)主軸下法蘭端面，在水導(dǎo)軸承下方由頂蓋支撐，為靜水壓軸向型密封結(jié)構(gòu)，其作用是阻擋水流或氣體從主軸與頂蓋之間的間隙上溢，防止水導(dǎo)軸承及頂蓋被淹或調(diào)相運(yùn)行時(shí)尾水管內(nèi)的壓縮空氣溢出，維持軸承和機(jī)組的安全運(yùn)行。此密封既能在發(fā)電、抽水工況下封水，又能在壓氣、調(diào)相工況下封氣。主軸密封水對主軸密封既起潤滑作用，又起冷卻作用，確保溢漏的水不能流入到密封塊與密封轉(zhuǎn)環(huán)之間接觸面，在它們之間形成一層水膜，防止干磨擦燒損密封塊;且在發(fā)生磨擦?xí)r，通過水的流動(dòng)將熱量帶走。主軸密封工作的好壞直接影響機(jī)組的穩(wěn)定和安全運(yùn)行，這就對主軸密封水的水流不間斷性和水量、水壓、水質(zhì)等控制系統(tǒng)都提出了較高要求。國內(nèi)某抽水蓄能電站主軸密封裝配見圖1。

2主軸密封水的控制系統(tǒng)

圖2為某大型抽水蓄能電站主軸密封水控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括電動(dòng)閥、增壓泵、全自動(dòng)濾水器、減壓環(huán)管、液壓閥、閥門和壓力、差壓、流量等監(jiān)測元件。

2.1壓力監(jiān)控

主軸密封主、備用水源及主軸密封水的管路上，分別設(shè)置了3種監(jiān)測元件，即壓力表、壓力開關(guān)和壓力變送器，用于對其壓力進(jìn)行現(xiàn)地顯示、連續(xù)監(jiān)測及輸出報(bào)警信號。

2.2流量監(jiān)控

主軸密封進(jìn)水管上設(shè)置了電磁流量計(jì)，用于對其瞬時(shí)流量和累計(jì)流量進(jìn)行現(xiàn)地顯示、連續(xù)監(jiān)測和輸出低流量發(fā)訊信號。

2.3水源的控制

為保證主軸密封水不間斷提供，其水源采用雙水源冗余方式，主用水源取自球閥前壓力鋼管，備用水源取自機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)。設(shè)計(jì)初衷為:主用水源設(shè)置1臺電動(dòng)球閥，一般情況下為常開;備用水源設(shè)置1臺液壓閥，一般處于關(guān)閉狀態(tài)。機(jī)組在正常運(yùn)行過程中，不允許主軸密封水中斷，如果主用水源故障，壓力和流量不足，壓力開關(guān)和流量開關(guān)任一發(fā)出信號，自動(dòng)打開備用水源的液壓閥，由備用水源供水。設(shè)置液壓閥就是因?yàn)樗乃賱?dòng)性，這一點(diǎn)跟常規(guī)機(jī)組區(qū)別較大，常規(guī)電站近20年基本不使用液壓閥。在機(jī)組調(diào)試時(shí)，為了進(jìn)一步確保主軸密封在機(jī)組調(diào)相工況運(yùn)行時(shí)的安全(此時(shí)轉(zhuǎn)輪在空氣中旋轉(zhuǎn))，改為備用水源液壓閥在機(jī)組開機(jī)時(shí)同步開啟，停機(jī)時(shí)關(guān)閉。

2.4水壓的控制

主軸密封水的水壓應(yīng)保持在一定范圍內(nèi)，既不能太低也不能太高。水壓太低，不能保證所需的水量和必要的流速，將造成主軸密封的燒毀;水壓太高，將造成頂蓋內(nèi)積水嚴(yán)重，不僅危及頂蓋安全還造成浪費(fèi)，因?yàn)樯蠋斓乃际呛馁M(fèi)電能抽水去的。主軸密封主用水源取自壓力鋼管，備用水源來自機(jī)組技術(shù)供水。也有一些抽水蓄能電站主軸密封供水僅設(shè)置了1路水源，從進(jìn)水閥門前取水，經(jīng)減壓環(huán)管減壓后供給主軸密封。只從尾水取水經(jīng)增壓后供給主軸密封的抽水蓄能電站不多，經(jīng)過多個(gè)抽水蓄能電站的調(diào)研，筆者認(rèn)為設(shè)置2路水源，分別從進(jìn)水閥前和尾水取水更可靠些。

2.5水質(zhì)的控制

主軸密封供水的精度要求較高，水中不能有較大的固體硬顆粒物，否則這些硬物易嵌入密封環(huán)表面，造成密封環(huán)和抗磨板損傷。不管是進(jìn)水閥前壓力鋼管取水，還是尾水管取水，水中均含有多種雜質(zhì)，雖機(jī)組技術(shù)供水已經(jīng)過處理，但仍達(dá)不到主軸密封對水質(zhì)的要求。因此在每一路水源上均設(shè)置全自動(dòng)精濾濾水器。濾水器在過濾過程中，水流夾帶的固體雜質(zhì)被截流在過濾介質(zhì)的內(nèi)表面，引起內(nèi)外腔壓差升高，過濾阻力逐漸增大，隨著過濾過程的進(jìn)行，截留在濾柱表面的雜質(zhì)將會(huì)增多，導(dǎo)致濾水器進(jìn)水口與出水口壓力差增大，利用差壓開關(guān)的設(shè)定值來測定濾芯的堵塞程度，當(dāng)壓差達(dá)到差壓開關(guān)設(shè)定值時(shí)，差壓開關(guān)發(fā)出信號，控制電機(jī)啟動(dòng)，帶動(dòng)反沖洗臂轉(zhuǎn)動(dòng)，利用自身過濾的清水，自動(dòng)逐一反沖洗每個(gè)濾芯，同時(shí)打開電動(dòng)排污閥進(jìn)行排污。反沖洗時(shí)，其它濾芯仍在連續(xù)過濾，可保證水流的連續(xù)供給。反沖洗可由差壓、時(shí)間及手動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。

2.6電氣控制系統(tǒng)

本文中所介紹的主軸密封水控制系統(tǒng)不僅要控制電動(dòng)閥打開/關(guān)閉，液壓閥打開/關(guān)閉，增壓泵的啟動(dòng)/停止，全自動(dòng)濾水器自動(dòng)反沖洗的啟動(dòng)/停止，電動(dòng)排污閥的打開/關(guān)閉，還要判斷電動(dòng)閥的開/關(guān)位置，液壓閥的開/關(guān)位置，電動(dòng)排污閥的開/關(guān)位置，判斷增壓泵的正常/過載狀態(tài)，系統(tǒng)電源正常/故障狀態(tài)，主軸密封水的水流狀態(tài)、壓力狀態(tài)及濾水器的狀態(tài)。除了要將相應(yīng)的信號和控制系統(tǒng)自身的狀況送到電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)外，還要在控制裝置的文本顯示屏上將全部參數(shù)顯示出來，并保存所有的運(yùn)行數(shù)據(jù)。并能滿足電站在各個(gè)階段的控制運(yùn)行方式，當(dāng)電站處于正常運(yùn)行階段時(shí)，要求主軸密封水控制系統(tǒng)能夠接受電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)方操作信號的控制，自動(dòng)運(yùn)行;當(dāng)電站處于安裝調(diào)試階段或檢修期間，計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)未投入使用或不能正常使用時(shí)，又要求主軸密封水控制系統(tǒng)能夠讓安裝調(diào)試人員在現(xiàn)地進(jìn)行手動(dòng)操作。綜上所述，該系統(tǒng)應(yīng)具有如下功能:①現(xiàn)地控制/遠(yuǎn)方控制;②手動(dòng)控制/自動(dòng)控制;③主軸密封水源打開、關(guān)閉、主用/備用切換控制;④全自動(dòng)濾水器啟動(dòng)、停止控制;⑤全自動(dòng)濾水器反沖洗排污啟動(dòng)/停止控制;⑥增壓泵啟動(dòng)/停止控制;⑦工作電源監(jiān)視功能;⑧故障報(bào)警功能;⑨與電站計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通訊。由于其運(yùn)行狀態(tài)較多，邏輯回路復(fù)雜，用常規(guī)的繼電器控制回路難以實(shí)現(xiàn)。因此該系統(tǒng)選用施耐德TSXP57系列可編程控制器，運(yùn)用其強(qiáng)大的軟件功能，通過程序?qū)χ鬏S密封水系統(tǒng)進(jìn)行控制。PLC主要配置如下表1所示。表中僅列出PLC主要配置，該系統(tǒng)還包括開關(guān)電源、電源切換模塊、交流接觸器、熱繼電器、繼電器模組、轉(zhuǎn)換開關(guān)、按鈕等各類電器元件，此處不予贅述。

3結(jié)語

主軸密封是水泵水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)的薄弱環(huán)節(jié)，為確保主軸密封的安全可靠運(yùn)行，主軸密封水控制系統(tǒng)尤其重要，本文所舉例的主軸密封水控制系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高的特點(diǎn)，能滿足抽水蓄能機(jī)組各種運(yùn)行工況的使用要求，值得后續(xù)機(jī)組借鑒。

作者:劉永紅 肖慶華 單位:東方電氣東方電機(jī)有限公司