徐威 王冰力 鄭樹(shù)偉 李龍龍

摘 要：介紹了安徽績(jī)溪抽水蓄能電站主進(jìn)水閥密封位置接近開(kāi)關(guān)的創(chuàng)新改造，解決了由于安裝尺寸的不可控性導(dǎo)致接近開(kāi)關(guān)極易誤報(bào)、損壞的缺陷，極大改善了接近開(kāi)關(guān)的工作環(huán)境，延長(zhǎng)探測(cè)裝置的使用壽命。通過(guò)改造，提高了生產(chǎn)效率，減少設(shè)備安裝過(guò)程中的人力物力投入，大幅降低設(shè)備元件的故障率，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障，以實(shí)現(xiàn)電站經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行的目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：主進(jìn)水閥;密封;接近開(kāi)關(guān);限位裝置;技術(shù)改造

引言

抽水蓄能電站主要任務(wù)是為電網(wǎng)提供調(diào)峰填谷容量，承擔(dān)系統(tǒng)的緊急事故備用和調(diào)頻、調(diào)相等作用。主進(jìn)水閥作為機(jī)組正常停機(jī)和事故停機(jī)截?cái)嗨鞯脑O(shè)備，啟閉迅速是抽蓄機(jī)組能夠作為緊急事故備用的重要條件，其中上下游側(cè)兩道密封環(huán)是截?cái)嗨鞅夭豢缮俚牟考芊猸h(huán)的位置狀態(tài)是開(kāi)停機(jī)流程的重要判據(jù)。本文結(jié)合安徽績(jī)溪抽水蓄能電站的主進(jìn)水閥密封位置接近開(kāi)關(guān)的改造，闡述該類(lèi)型故障發(fā)生的原因，位置信號(hào)獲取的原理，傳感器安裝誤差的產(chǎn)生，改造的方法及后續(xù)運(yùn)行情況。

一、主進(jìn)水閥及接近開(kāi)關(guān)簡(jiǎn)介

電站的主進(jìn)水閥采用了橫軸雙面密封球閥，通徑2m。通過(guò)活門(mén)啟閉不能完全截?cái)嗨?，需要通過(guò)上下游側(cè)兩個(gè)活動(dòng)密封環(huán)與活門(mén)上的固定密封環(huán)配合達(dá)到完全止水的效果。

活動(dòng)密封環(huán)在投退過(guò)程中平行于水流方向位移，如果球閥活門(mén)在密封未退出的情況下開(kāi)啟，將破壞密封面，導(dǎo)致密封止水效果下降甚至失效，機(jī)組存在停機(jī)穩(wěn)態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)，更換球閥工作密封的工期較長(zhǎng)，期間影響機(jī)組運(yùn)行，增加檢修成本。為監(jiān)視密封環(huán)的實(shí)際位置，電站采用BALLUFF BSH-135V 型電感式開(kāi)關(guān)，防護(hù)等級(jí)IP68，耐壓500bar，可靠工作距離Sn=0～2.5mm，感應(yīng)表面采用陶瓷結(jié)構(gòu)。電感式接近開(kāi)關(guān)的原理是利用振蕩器產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，當(dāng)金屬目標(biāo)接近時(shí)，在金屬目標(biāo)內(nèi)產(chǎn)生渦流，導(dǎo)致振蕩衰減，將這種變化轉(zhuǎn)換為開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出，以達(dá)到非接觸檢測(cè)的目的?？垢蓴_能力強(qiáng)、耐壓等級(jí)高和只感應(yīng)金屬的特點(diǎn)非常適用于檢測(cè)高水頭抽水蓄能電站的主進(jìn)水閥的密封位置狀態(tài)。績(jī)溪電站的球閥接近開(kāi)關(guān)利用螺紋結(jié)構(gòu)固定在套筒上，套筒安裝在球閥的安裝孔內(nèi)，通過(guò)套筒自身和外部螺帽的調(diào)整以實(shí)現(xiàn)微調(diào)傳感器位置的功能。

目前電站處于基建轉(zhuǎn)生產(chǎn)階段，在1 號(hào)機(jī)組調(diào)試的過(guò)程中，主進(jìn)水閥位置信號(hào)頻繁故障，導(dǎo)致機(jī)組啟停過(guò)程無(wú)法順利執(zhí)行，并且短時(shí)間內(nèi)累計(jì)更換6 個(gè)接近開(kāi)關(guān)，經(jīng)檢驗(yàn)，拆卸下來(lái)的接近開(kāi)關(guān)均已損壞。

二、故障原因分析

通過(guò)查看已損壞的接近開(kāi)關(guān)，發(fā)現(xiàn)在端部位置存在不同程度的劃痕。

中心深色區(qū)域?yàn)榻咏_(kāi)關(guān)的感應(yīng)探頭，該探頭材料為陶瓷，具有機(jī)械強(qiáng)度高，耐磨耐腐蝕，熱穩(wěn)定好等優(yōu)點(diǎn)，但是也存在脆性大，耐沖擊能力低，易碎的缺點(diǎn)。

隨后通過(guò)查找設(shè)備細(xì)部圖紙發(fā)現(xiàn)，接近開(kāi)關(guān)在球閥本體上的安裝孔內(nèi)并未設(shè)置類(lèi)似于階梯式結(jié)構(gòu)等對(duì)傳感器進(jìn)行限位，導(dǎo)致在裝配過(guò)程中，接近開(kāi)關(guān)端部存在直接接觸活動(dòng)密封環(huán)的可能性。裝配圖紙中對(duì)于接近開(kāi)關(guān)外部裝配螺栓無(wú)力矩要求，為防止高壓水源泄出，安裝工人不可避免會(huì)過(guò)度擰緊導(dǎo)致進(jìn)一步擠壓接近開(kāi)關(guān)，使其端部和密封環(huán)碰撞。

可以得出結(jié)論，造成接近開(kāi)關(guān)大規(guī)模、高頻率損壞的原因就是對(duì)于傳感器沒(méi)有穩(wěn)定可靠的定位設(shè)計(jì)，導(dǎo)致在經(jīng)過(guò)加工、安裝的誤差堆疊后，在密封環(huán)投退過(guò)程中感應(yīng)探頭極易遭到擠壓從而導(dǎo)致探頭被破壞。

三、技術(shù)改造方案

由于球閥本體已整鑄且已安裝到位不存在重新加工的條件，所以無(wú)法在通過(guò)墊高安裝孔內(nèi)的凸臺(tái)以限位，但是由于接近開(kāi)關(guān)的工架非整體結(jié)構(gòu)，所以考慮改造接近開(kāi)關(guān)的工架結(jié)構(gòu)以達(dá)到限位目的。

現(xiàn)行改造方案為將原本為直筒構(gòu)造的套筒螺母底部加工一個(gè)h=4mm，φ 底座=38mm 的底座，螺紋內(nèi)徑φ 內(nèi)徑=20.5mm，套筒高度H=29mm 不變。該底座可通過(guò)底座卡在安裝孔的凸臺(tái)處阻止接近開(kāi)關(guān)端部接觸密封環(huán)，極大降低設(shè)備損壞的風(fēng)險(xiǎn)，提高設(shè)備的穩(wěn)定性，而且由于測(cè)量環(huán)境長(zhǎng)期承受高達(dá)7MPa 的壓力，純機(jī)械結(jié)構(gòu)可以長(zhǎng)久保持穩(wěn)定的工作狀態(tài)。

在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，傳感器探頭位置始終與端面齊平，由于加工尺寸存在偏差以及外部螺母旋緊過(guò)程中的誤差，導(dǎo)致接近開(kāi)關(guān)伸出套筒的長(zhǎng)度L 無(wú)法保持在一個(gè)安全有效的動(dòng)作的數(shù)值。

A：球閥表面與活動(dòng)密封環(huán)的距離

a：球閥表面與安裝孔凸臺(tái)的距離

h：套筒螺母底座高度

Sn：接近開(kāi)關(guān)的可靠工作距離Sn=[0，2.5]

為保證接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作的可靠性和降低探頭受密封環(huán)擠壓的風(fēng)險(xiǎn)，為控制探頭與密封環(huán)距離在1.5mm 左右，即h-Sn=2.5mm。還需要注意的是兩個(gè)長(zhǎng)距離的測(cè)量存在一定的誤差，故需測(cè)量多次取平均值，綜合可得L的計(jì)算方法：

此時(shí)在加裝了限位裝置后，只需要在加裝端部螺母之前，測(cè)量L 值在我們想要控制的范圍內(nèi)即可，即L 改造后≈L 改造前+2.5mm。

在將L 改造前加上計(jì)算出來(lái)的理論值h-Sn 后，得到了L 改造后的數(shù)值， 六個(gè)密封位置開(kāi)關(guān)數(shù)據(jù)分別為30.28mm，30.16mm，30.84mm，29.46mm，30.18mm，28.88mm，2 號(hào)球閥的密封位置接近開(kāi)關(guān)均按照上述數(shù)據(jù)進(jìn)行安裝后，進(jìn)行多次密封動(dòng)作試驗(yàn)，接近開(kāi)關(guān)均能夠準(zhǔn)確反映密封實(shí)際位置，且經(jīng)過(guò)半年的調(diào)試、商運(yùn)，位置信號(hào)再未出現(xiàn)誤報(bào)、錯(cuò)報(bào)的故障。

四、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，機(jī)械加工領(lǐng)域?qū)τ诖笮丸T件的結(jié)構(gòu)尺寸受到收縮率、含碳量、制殼、澆鑄溫度等因素影響較難保持比較高的精度，通過(guò)測(cè)量固有尺寸后，利用精加工件的調(diào)整可以便捷有效的控制尺寸在我們所需求的范圍內(nèi)。這種方法在目前能夠提高生產(chǎn)效率，減少設(shè)備安裝過(guò)程中的人力物力投入，大幅降低設(shè)備元件的故障率，為設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。