1.我國水電站對過速保護(hù)系統(tǒng)的使用歷史
我國在發(fā)展基礎(chǔ)工業(yè)的初期階段，絕大多數(shù)的技術(shù)和機(jī)器都來自前蘇聯(lián)。水力發(fā)電從解放以來很長一段時(shí)間都是全套引進(jìn)得前蘇聯(lián)水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)技術(shù)，并且同步使用JSX型機(jī)械轉(zhuǎn)速信號器作為水輪發(fā)電機(jī)組的過速保護(hù)監(jiān)控。但由于當(dāng)時(shí)技術(shù)的局限性，該型機(jī)械轉(zhuǎn)速信號器只能發(fā)出過速保護(hù)信號，而不能根據(jù)信號作出相應(yīng)的保護(hù)措施，也就是說只有報(bào)警而機(jī)械不能相應(yīng)的執(zhí)行保護(hù)操作；另一局限性表現(xiàn)在該型機(jī)械轉(zhuǎn)速信號器在長時(shí)間的工作后會出現(xiàn)誤傳信號或者作業(yè)失靈的現(xiàn)象。直到八十年代中期，研究者針對前者只報(bào)告信號不操作的局限性，增加了帶執(zhí)行操作部分的機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置，但該由于當(dāng)時(shí)電子信息技術(shù)尚不完善，在作業(yè)過程中經(jīng)常發(fā)生讀卡不成功導(dǎo)致拒絕執(zhí)行操作現(xiàn)象。改革開放之后，大量的國外的產(chǎn)品和技術(shù)被引進(jìn)到國內(nèi)，有幾種國外廠商提供的純機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置被一些水電站使用，但是又出現(xiàn)了新的問題：國外的純機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置與水輪發(fā)電機(jī)大軸連接的卡環(huán)設(shè)計(jì)有瑕疵，在安裝的時(shí)候還需要增加一道在水輪機(jī)大軸上加工齒口的工序之后，才能保證該裝置不在水輪機(jī)大軸上做軸向位移，即才能保證裝置在軸上的穩(wěn)固性。我們知道軸承的材質(zhì)和大小、粗細(xì)、長短的規(guī)格，都是經(jīng)過嚴(yán)格計(jì)算的，在水輪機(jī)大軸上再加工齒口必然會對大軸的強(qiáng)度產(chǎn)生影響，會產(chǎn)生很大的安全隱患。另外對于經(jīng)濟(jì)建設(shè)來說，拿貨時(shí)間、購買預(yù)算、花費(fèi)的人力、物力，以及對國外產(chǎn)品技術(shù)的掌握和其產(chǎn)品的.售后維修服務(wù)都在重點(diǎn)考慮之列，故使用國產(chǎn)的、性能可靠地、能解決上述局限性的過速保護(hù)系統(tǒng)裝置是勢在必行。
2.新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置的優(yōu)勢
2.1通過技術(shù)知識的積累和以往現(xiàn)場作業(yè)反饋給我們的經(jīng)驗(yàn)可以了解到：機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置的優(yōu)點(diǎn)就在于獲得的轉(zhuǎn)速信號不是來自于機(jī)組的轉(zhuǎn)速測量裝置，而是由于裝置本身的離心探測器通過機(jī)組轉(zhuǎn)速上升而增大的離心力帶動(dòng)柱塞作徑向位移而直接啟動(dòng)事故配壓閥操作液壓回路來關(guān)閉的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，完全是同一機(jī)組上的另外一套測速方法和感應(yīng)、操作的裝置，避免了因?yàn)殡娖鳒y速系統(tǒng)出現(xiàn)故障之后可能發(fā)生的機(jī)器損壞和飛逸事故的發(fā)生，可以確保水輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置國內(nèi)就已經(jīng)擁有極高的技術(shù)力量去生產(chǎn)，機(jī)器維護(hù)簡單方便，相對于昂貴的國外產(chǎn)品，可靠性高、經(jīng)濟(jì)預(yù)算少、適合國情，對于關(guān)系到國家大中小城市、村鎮(zhèn)的水電站作業(yè)可以達(dá)到廣泛應(yīng)用。
2.2新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置的技術(shù)要點(diǎn)和設(shè)想
2.2.1在調(diào)速器失靈的情況下，新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置能實(shí)現(xiàn)“零時(shí)間”無縫鏈接，直接啟動(dòng)事故配壓閥操作液壓回路來關(guān)閉的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)緊急安全關(guān)機(jī)。
2.2.2新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置與電子調(diào)速器的有機(jī)結(jié)合，實(shí)際上就是完成了兩套過速保護(hù)裝置系統(tǒng)的安裝，新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置本質(zhì)上是一套在電器測速系統(tǒng)發(fā)生故障、電源系統(tǒng)和調(diào)速器同時(shí)失控的情況下的備用保護(hù)裝置，完善了過速保護(hù)裝置的工作系統(tǒng)。
2.2.3鑒于機(jī)械運(yùn)動(dòng)必然產(chǎn)生的高溫和軸承的變形，以及在作業(yè)的應(yīng)用范圍，比如應(yīng)用到水電站的地下深層取水，應(yīng)用到石油工業(yè)的地下深層取油過程中，必然要遇到高溫和高壓的問題，新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置必須要克服高壓和高溫德難關(guān)。。
2.2.4標(biāo)準(zhǔn)液壓元件已經(jīng)在水電市場的大量應(yīng)用，將標(biāo)準(zhǔn)液壓元件應(yīng)用于新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置，不僅能大量節(jié)省制造時(shí)間，提高水電輔機(jī)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)化程度，并且降低了操作難度和維護(hù)的難度。
3.裝置工作原理
3.1機(jī)械原理
新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置為兩級控制的切換閥。離心探測器由兩個(gè)半法蘭圓環(huán)、彈簧以及配重塊組成。法蘭環(huán)安裝在大軸承上，當(dāng)軸承旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，法蘭環(huán)也隨之旋轉(zhuǎn)，而旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力則由探測器中彈簧產(chǎn)生的彈力作用在軸承柱塞上消除力的作用，使其保持徑向的相對靜止?fàn)顟B(tài)，而法蘭圓環(huán)上配置的配重塊，則加強(qiáng)了兩個(gè)半法蘭圓環(huán)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。而當(dāng)機(jī)組處于過速狀態(tài)且其他過速保護(hù)裝置不能正常控制速度時(shí)，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到了設(shè)定的上限17.8r/min時(shí)，則離心探測器中的柱塞產(chǎn)生的離心力大于彈簧的彈力，從而使柱塞產(chǎn)生徑向位移，離心力增大產(chǎn)生的徑向位移直接的結(jié)果就是增大了柱塞的旋轉(zhuǎn)半徑，徑向位移增加到一定的值時(shí)，則柱塞可以直接撞擊到切換閥的撞塊，使得切換閥開始動(dòng)作，通過與其串聯(lián)的電磁先導(dǎo)閥作用于事故配壓閥，然后通過壓力油推動(dòng)事故配壓閥來切換油路，從而實(shí)現(xiàn)快速關(guān)機(jī)的操作。同時(shí)電氣接點(diǎn)導(dǎo)通，發(fā)出事故停機(jī)警報(bào)。
3.2液壓系統(tǒng)工作原理
機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，過速保護(hù)裝置內(nèi)的切換閥處于開的狀態(tài)，事故配壓閥上的電磁先導(dǎo)閥不動(dòng)作，此時(shí)事故配壓閥只作為主配壓閥操作導(dǎo)葉接力器管路中的一個(gè)通道，使得壓力油經(jīng)過主配壓閥和事故配壓閥通道進(jìn)入導(dǎo)葉接力器。當(dāng)機(jī)組過速運(yùn)轉(zhuǎn)且調(diào)速器調(diào)速失靈，急停電磁換向閥和事故配壓閥上的電磁先導(dǎo)閥等過速保護(hù)裝置未能正常啟動(dòng)時(shí)，一旦達(dá)到設(shè)定的臨界值117.8r/min時(shí)，由于離心力的作用使得離心探測器中的柱塞旋轉(zhuǎn)半徑加大撞擊到切換閥撞塊，使得切換閥進(jìn)入動(dòng)作程序，使得事故配壓閥左側(cè)油導(dǎo)入到漏油箱，而排出油，其另一側(cè)壓力油則導(dǎo)致了兩側(cè)管道的壓力差，由于右側(cè)油壓力產(chǎn)生的壓強(qiáng)，右側(cè)的壓力油便將事故配壓閥活塞向左推動(dòng)，使得壓力油通過事故配壓閥的內(nèi)腔直接進(jìn)入到導(dǎo)葉接力器的關(guān)腔，并同時(shí)切斷經(jīng)過主配壓閥的壓力油回路，并通過導(dǎo)葉接力器關(guān)閉電氣閥門。在此運(yùn)行過程中壓力油不經(jīng)主配壓閥而直接通過事故配壓閥的內(nèi)腔操作來關(guān)閉導(dǎo)葉接力器，縮短了壓力油的作用路線，既縮短了導(dǎo)葉操作的反應(yīng)時(shí)間，也減少了油耗。還有一點(diǎn)要補(bǔ)充說明的是，在啟動(dòng)緊急事故停機(jī)流程來關(guān)閉機(jī)組進(jìn)口快速閘門的時(shí)候，也同時(shí)啟動(dòng)了事故停機(jī)流程來關(guān)閉導(dǎo)葉，雙管齊下保證了停機(jī)的安全性和可靠性。
4.機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置在水電站作業(yè)中的可用機(jī)組類型
目前廣泛采用的是由標(biāo)準(zhǔn)化耐高油壓事故配壓閥為主體構(gòu)成的新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置符合各項(xiàng)大工業(yè)時(shí)代對機(jī)械產(chǎn)品的需求：標(biāo)準(zhǔn)化程度高、耐高油壓、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便、經(jīng)濟(jì)實(shí)用。機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)在水電站作業(yè)中可用于額定轉(zhuǎn)速為2500r/min以內(nèi)，軸承直徑在100mm~2500mm內(nèi)的軸流式、混流式、貫流式、沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，目前在國內(nèi)大中小城市和廣大農(nóng)村水電站已經(jīng)得到了較廣泛的應(yīng)用，并且在運(yùn)作中已經(jīng)避免了數(shù)起事故的發(fā)生，反響極佳。需要指出的是，在實(shí)際的應(yīng)用中，為了配合新型機(jī)械液壓過速保護(hù)裝置的使用，水電站需要在引水管道上加裝一道檢修閘門，以方便水輪機(jī)的使用和維護(hù)，此項(xiàng)裝置需要增加一筆費(fèi)用，不過其總體費(fèi)用與傳統(tǒng)過速保護(hù)裝置所需要的總體費(fèi)用相比仍然較少，符合經(jīng)濟(jì)實(shí)用的需求。
5.結(jié)束語
隨著信息時(shí)代的飛速發(fā)展，社會生產(chǎn)對機(jī)械自動(dòng)化的推廣和自動(dòng)控制技術(shù)水平有了更高的要求，對機(jī)械的穩(wěn)定性和對操作的安全性也有了更高的要求，機(jī)械操作智能化已經(jīng)是大勢所趨。機(jī)械液壓過速保護(hù)系統(tǒng)目前在電氣測速系統(tǒng)發(fā)生故障或者電源和調(diào)速器調(diào)速同時(shí)發(fā)生故障的情況下，已經(jīng)成為過速保護(hù)的最后一套保障裝置，能基本滿足生產(chǎn)的需要，但是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展，研究人員還要順應(yīng)生產(chǎn)需求，進(jìn)行進(jìn)一步的技術(shù)革新，設(shè)計(jì)出更安全的甚至是完全智能化的過速保護(hù)裝置。
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