水轮机新型分段阀的设计与计算

2004年 8月 水 利水 电快报 EWRHI 第25卷第 16期 文章编号：1006—0081(2004)16—0001—04 水轮机新型分段阀的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 与计算 曹树平 刘安平 陈杏君 胡庆超 (1．华中科技大学，湖北 武汉 430074；2．武汉三联水 电控制设备公司，湖北 武汉 430011) 摘要 ：介绍一种新型分段阀及其控制 系统的实际使 用情况，并根据检测数据，分析和计算 该系统在水 轮机紧急关机时调速器压力流量的变化，为不同关机过程进行有关参数的设计计算提供一个基本方法。以 增加其可靠性和有效性。 关键词 ：水轮机；调速器 ；分段阀：结构设计：计算方法 中图分类号：TK730．2 文献标识码：A 1 概 述 水电站水轮机在甩负荷时因转速跃升，要求调速 器紧急关机，使转速回复到额定转速。调节过程不能 太慢，以免转速过高；也不能太快，否则导水管产生水 击，导致水管破裂。 分段关闭是解决上述矛盾的较好办法，即首先以 接力器快速关闭导水叶，到适当行程后，再 以慢速关 闭导水叶，导水叶尽快地关闭后又不使水管压力上升 过高，这一过程应满足不同水轮机调节保证计算的要 求。 2 设计思想 传统水轮机分段关闭阀如图 1所示。开机时，由 主阀 B口来的油，经单向阀及 D至 C，推动接力器快 速开机；关机时，由主阀 A口来的油直接推动接力器 右行，实现关机，其回油经单 向阀不通，只能经 C至 D、B、T回油箱，主接力器的移动，带动回复轴转动，其 上的凸轮在圆柱段，使行程阀阀芯在下位，同时分段 阀阀芯亦在下位，使节流 口(下阀口)大开，得到快速 关机，当凸轮转至升起段时，行程阀被顶起，迫使分段 阀阀芯亦在上位，下阀口变小，得到慢速关机，其速度 由上螺栓调整。 凸轮 图 1 分段关闭装置 由于分段阀串联在主接力器的回油路上，其通流 量应达到主阀的流量，故一般分段阀的阀芯直径及阀 体的径向尺寸都与主配压阀等大，仅高度较小，且行 程阀与分段阀做成一体，使分段阀的安装位置靠近回 复轴与分段凸轮。另外原系统还要配备大流量的单 向阀，这种大至 6 000 L／min的单向阀没有通用液压 产品，过去自制的大单向阀不仅成本高，且易漏油。 分段关闭阀需实现单向快速、另一向快速和慢速 等 3种工况，而现有的液控单向阀或单向节流阀都只 有 2种工况。为此将上述两阀的工况集成于一体，布 置成上下结构的有机组合，即将一阀芯从中部切断成 二阀芯，下阀芯完成单向阀的功能，上阀芯完成液控 收稿 日期 ：2004—05—29 作者简介 ：曹树平，男，华中科技大学机械科学与工程学院博士，副教授 ． · 1 · 电一 维普资讯 http://www.cqvip.com 2004年8月 水 利水 电快报 EWRHI 第 25卷第 16期 节流阀的功能，从而得到液控单向节流阀集 3种工况 于一体，如图 2所示从 D到 C是直通、快速 ；从 C到 D，当A口来压力油时，阀芯向下，节流口开大，为直 通、快速；当 A口泄油时，阀芯向上，为节流、慢速。节 流量由上螺栓调节，螺栓向上，开 口变小。由于两阀 芯为上、下布置，故尺寸小，形如一阀。 调整螺钉 图 2 液控单向节流阀 整个分段关闭装置的液压原理如图 3。液控单 向节流阀包含单 向、直通和节流 3个职能块，实为一 阀。旁通的并联管道和可调节流装置用于关机时从 C到 D分流一部分流量，由于快、慢速关机时，总有一 些流量通过主阀，无需关死，故这部分流量无需液控 单向节流阀来节流，可从旁通管中流过，因此该阀可 做得较小。 由于并联管道的分流量不易准确给定，为减少调 · 2 · 图3 新型分段关闭装置液压原理图 即予固定成节流板。孔板通径不能过大，否则大量油 从并联管道通过，将使液控单向节流阀失去调节作 用；孔板通径亦不能过小，否则快速关机的大流量上 不去，实现不了快速关机速度，因此孔板的参数必须 与整个系统的压力、流量相匹配。 3 使用结果及分析计算 本阀及其分段控制系统于 2000年 10月首次在 刘家峡电站从法国阿尔斯通公司进口的 5号机组(32 万 kw)配套使用，机组甩负荷时关机过程实测曲线如 图4所示，该曲线与调保计算的要求相符合，其中时 间及行程均为电测 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 值。 1oo 75 50 lh 25 0 2 4 6 8 10 碱洒 如 图 4 关机曲线 该机组二主接力器参数如下 ： 油缸内径 90 cm 活塞杆直径 22 cm 活塞行程 H 64 cm 油压装置压力 2 5 MPa 故得 大腔有效面积 Al：—~— 902 ： 6 362 cm2 小腔有效面积 A2=Al一—~— 222：5 982 cm 2 由关机 曲线知，快 速 占行 程 H 的 75％，需 时 5 85 s；慢速占行程 H 的 25％，需时(9．34—5．85= 3．49 S，故得 快速关机速度 t，l= =8．2 cm／s 慢速关机速度 t，2= =4．6 cm／s 关机时，通过主阀的流量，即快速和慢速关机流 量为两个接力器流量之和。 令 Q1为快关时接力器进油流量 Q2为快关时接力器回油流量 Q 为慢关时接力器进油流量 Q 为慢关时接力器回油流量 维普资讯 http://www.cqvip.com 曹树平 等 水轮机新型分段阀的设计与计算 Ql=2A2 l X 10一 X 60=2 X 5 982 X 8．2 X 10一 X 60=5 886 L／min Q2=2Al l X 10一 X 60=2 X 6 362 X 8．2 X 10一 X 60=6 260 IJmin Q快关平均流量： ： 墨鱼 ：6 073 L，min Q3=2A2t，2 x 10 X 60=2 X 5 982 X 4．6 X 10 X 60=3 302 IJmin Q4=2AlV2 X 10 X 60=2 X 6 362 X 4．6 X 10 X 60=3 512 I2min Q慢关平均流量： ： Q ：3 407 L／min 慢快关机速比为 Vl = =0．56 o ．Z 综合实测及计算关机时各部分压力降，结果见表 1。 表 1 关机时各部分压力降 MPa 关机时系统各点压力(MPa)分布如图 5所示 图 5 关机时系统压力分布 4 主配压阀流量计算 流量公式为 Q= ∞ 、，旦 1 000 式中 为流量 系数，0．6～0．7； 为通 流截面 积， =BS，crn2；B为开 口周长，B= 主阀， 主阀= 15．8 crn；S为开 口轴向长度，S=1．3 cm；)，为油密 度，y=0、000 9 kg／cm3；g为重力加速度，g=981~m／ s；△P主阀为 主 配 压 阀 压 降，快 关 0．6 MVa，慢 关 0．2胁 。 Q快主阀=5 938 L／min 此值介于主接力器实际进回流量之间。 Q慢主阀=3 428 L／min 主阀慢快速流量比} =0．58，与慢快关机速 比0．56相近 5 分段阀与旁通节流装置的流量计算 根据调试实测，旁通多孔节流板调到相当于单孔 直径 5 crn的节流板，由于板厚不大，故可用流量公式 (旁通管内径 8 crn) Q=／．g．o√ ⋯Ⅷ× (1)快速关机 先求快关 时，并 联 的分段 阀与旁 通管 的压降 △P分段阀。主配压阀回油流量 Q2为 6 260 L／min，故 得 Q2=Q快分段阀+Q快孔板 l!p 6 260=0．6丌×8×3√~／丽2 x 981△P搬阀×10× +0．6×学 √丽x 981△P ×10× 其中分段阀轴向开 口长度 S=3 crn 解上式得 △P分段阀=0．152 MPa 再分别求得 Q快分段阀=4 941 L／min Q快孔板=1 330 L／min (2)慢速关机 Q慢孔板 = 0．6× 2 x UUU 981 x 0 ． 6 x 10 × 60 =2 556 L／min 慢速关 机 时，主 配 压 阀 回油流量 Q慢关回油为 3 512 L／min。故得 Q慢分段阀=3 512—2 556=956 L／min 又 Q慢分段阀=黝 —g x zkP~ — x 10× 60 = 0．6× 丌 × 8 × s x 0．6 x 10 × = 3 272．2 S=956 L／min 综合以上计算可知： 觖 时， =丽1 330-0．27 慢关时， = -0_37 即快关时，分段阀开 口大，孔板流量只为分段阀 的27％，而慢关时，分段阀开 口小，分段阀流量只为孔 板的 37％。 由于 Q快分段阀已达 4 941 Iffmin，故在 100 mm 主阀。2．5 MPa额定压力时，可不用旁通管及孔板，在 p150 mm主阀，6．3 MPa额定压力时，若 Q快分段阀能满 足快速流量要求，也可取消旁通管及孔板。 · · 维普资讯 http://www.cqvip.com 2004年 8月 水 利 水 电快 报 EWRHI 第 25卷第 16期 6 管道降压计算 由于主阀至主接力器距离约 15 ITI，来回管长 z 约 30 ITI，管内径 d：15 cl'n。 (1)快速关机 管道流速 ⋯ 6 073 x 103 _572·7 雷诺数 Re快= = 冬 =5 727>2 000 (为紊流) 式中 V为运动粘度，V=1．5 cm／s 沿程阻尼系数 ：0．3164R 。。。 =0．036 管道降压 △JP管= 号 V y X 0．1 一 —o．嘶 × ×o．ooo 9× (2)慢速关机 3 407~103 1．3 s = = =3 213>2 000(为紊 流 ) X=0．3164X痴 ·042 △P管 042× 30 x 100 X ×0．000 9× 0．1竺 0．05 MPa 7 结 语 (1)本阀及其分段控制系统 已分别取得专利并 已生产，取得了较好的经济效益。 (2)旁通节流装置的参数选择必须与分段阀以 及整个调速器的流量需求和各段压力降相匹配。 (3)本文所述的实际结果及分析计算方法可供 今后在不同使用工况下进行参数计算时参考。 (4)由计算及实际应用情况可知，主配压阀、管 道与分段装置综合压降约合0．6+0．1+0．15= 0．85 MPa，占到2．5 MPa的 34％，接 力器 有 效压 降 1．65 MPa，占到2．5 MPa的 66％，实践表明，要达到系 列型谱要求的接力器有效压降占到额定压力的 70％ -- 80％是有一定难度的，按美国Woodward公司建议， 有效压降应占到额定压力的 60％，其余 40％由主配 压阀和管道压降各占一半，比较接近 目前的实际情 况。 (编辑 ：张 兰 ) r⋯ ；信息服务 ； ． ，． ．． ．．、 ． ．． ． 一 ? 尽快推进我国的水权 制度 关于办公室下班关闭电源制度矿山事故隐患举报和奖励制度制度下载人事管理制度doc盘点制度下载 建设 目前我国的节水只是从资源道德和环境伦理的 角度出发来要求全 民节水，并不是真正意义上的节 水，只是尽量少浪费水。真正的节水型社会，要有科 学、微观的定额 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。节水型社会和节水观念的建 立，必须从明晰水资源的产权开始。 水利部近几年来正在积极尝试水权制度建设， 在松辽流域的大凌河流域开展初始水权分配试点工 作，以促进流域内的缺水、水环境恶化和上下游争水 等问题的解决。水权水市场制度建设对提高水资源 利用效率和效益，实现水资源优化配置和科学管理， 缓解水资源供求矛盾的作用 日益显现。 · 4 · 水权制度是涵盖水资源国家所有，用水户依法 取得、使用和转让等一整套水资源权属管理的制度 体系，水权制度的建设是社会主义市场经济完善的 一 个重要组成部分。目前我国水资源供需态势迫切 需要水资源 管理制度 档案管理制度下载食品安全管理制度下载三类维修管理制度下载财务管理制度免费下载安全设施管理制度下载 的创新，促进水资源 的合理配 置、高效利用和有效保护，通过制定流域和区域内的 水资源规划，明晰初始用水权分配，促进上游和下 游、农业用水和城市用水、经济用水和生态用水等之 间关系的协调，才能处理好开源、节流与保护的关 系，解决好水资源的供需矛盾。 (吴 瑜 摘) 维普资讯 http://www.cqvip.com