張合朋，朱佳佳，蔡曉東，朱 文

(江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處，江蘇 宿遷 223800)

1 概 述

睢寧二站工程位于江蘇省徐州市睢寧縣沙集鎮(zhèn)境內(nèi)的徐洪河輸水線上，安裝2600HDQ20—9立式混流泵4臺(tái)套，單機(jī)流量20.0 m3/s，配TL3000—40/3250同步電機(jī)，總裝機(jī)容量12 600 kW，設(shè)計(jì)流量60 m3/s。機(jī)組在間隔運(yùn)行起動(dòng)前(一般間隔48 h)必須先頂起機(jī)組轉(zhuǎn)子，給長(zhǎng)期靜止貼合的電機(jī)推力軸瓦表面充油。該舉措是為了避免起動(dòng)時(shí)缺少油膜潤(rùn)滑和油膜導(dǎo)熱，因?yàn)榻饘傩阅Σ廉a(chǎn)生巨大熱量會(huì)燒壞上油缸推力瓦及推理頭鏡板，所以針對(duì)大型機(jī)組出廠時(shí)通常配備移動(dòng)式液壓站作為頂轉(zhuǎn)子配套設(shè)備。

2 裝置結(jié)構(gòu)及原理

睢寧二站原頂轉(zhuǎn)子系統(tǒng)由千斤頂、油管系統(tǒng)、手動(dòng)進(jìn)油閥、手動(dòng)回油閥、供油柱塞泵、油箱、控制柜等組成。系統(tǒng)額定輸出壓力16 MPa，流量150 L/h，電動(dòng)機(jī)功率5 kW。為防止轉(zhuǎn)子及其大軸偏頂，4個(gè)千斤頂采用等壓方式供油，保證各千斤頂油壓均衡，以避免因頂升力和頂升速度的差異而造成偏頂。為防止轉(zhuǎn)子回落過(guò)快，引起沖擊而損壞推力軸承瓦面，各機(jī)組采用節(jié)流閥作為回油閥，便于調(diào)整轉(zhuǎn)子回落速度。

接好進(jìn)油管路后通過(guò)控制系統(tǒng)直接啟動(dòng)油泵，壓力油進(jìn)入千斤頂?shù)臒o(wú)桿腔內(nèi)，推動(dòng)千斤頂內(nèi)的活塞從而推動(dòng)轉(zhuǎn)子頂環(huán)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子上升至5～8 mm(5～8 mm是廠家指導(dǎo)的推力軸瓦充分浸入汽輪機(jī)油適宜上升的高度)。系統(tǒng)停止運(yùn)行油泵，千斤頂保壓，轉(zhuǎn)子靜置，待上油缸內(nèi)鏡板、推力瓦充分與透明油接觸后(時(shí)間通常由現(xiàn)場(chǎng)工程運(yùn)行人員估算)，手動(dòng)打開(kāi)回油閥，壓力油返回回油箱，轉(zhuǎn)子在重力作用下回落，機(jī)組開(kāi)機(jī)前的頂轉(zhuǎn)子流程結(jié)束。

3 故障現(xiàn)象

由于上述液壓站控制系統(tǒng)過(guò)于簡(jiǎn)單，頂落轉(zhuǎn)子的全過(guò)程需要工程運(yùn)行人員全程觀察轉(zhuǎn)子頂起和回落過(guò)程是否存在異常故障，控制系統(tǒng)自動(dòng)化程度很低，大大延長(zhǎng)開(kāi)機(jī)前的準(zhǔn)備時(shí)間。另外，由于缺少各種狀態(tài)信號(hào)，在實(shí)際操作的過(guò)程中可能會(huì)造成一定的安全隱患。睢寧二站的頂車(chē)裝置在一次開(kāi)機(jī)前準(zhǔn)備工作中由于打開(kāi)回油閥持續(xù)時(shí)間不夠?qū)е聣毫τ蜎](méi)有完全釋放返回回油箱，裝置又缺乏千斤頂復(fù)位信號(hào)，運(yùn)行人員錯(cuò)誤判斷千斤頂頂桿已復(fù)位。機(jī)組啟動(dòng)后由于千斤頂頂桿托塊與轉(zhuǎn)子頂環(huán)間的滑動(dòng)摩擦產(chǎn)生大量熱量并散發(fā)出霧狀煙氣，運(yùn)行人員停機(jī)檢查后發(fā)現(xiàn)該故障為千斤頂未完全復(fù)位引起。

4 技術(shù)改造要求

在原頂車(chē)裝置液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上安裝進(jìn)油電磁閥、回油電磁閥、行程開(kāi)關(guān)、狀態(tài)指示燈、千斤頂復(fù)位拉力彈簧等設(shè)備。通過(guò)上述設(shè)備和電路設(shè)計(jì)使控制系統(tǒng)滿足以下幾個(gè)方面的要求：一是千斤頂設(shè)有上限位行程開(kāi)關(guān)和復(fù)位行程開(kāi)關(guān)，并有相應(yīng)的千斤頂狀態(tài)指示信號(hào)。二是千斤頂頂桿與基座間安裝強(qiáng)力彈簧，使其在泄壓回油結(jié)束后能可靠復(fù)位，觸發(fā)復(fù)位行程開(kāi)關(guān)發(fā)送信號(hào)。三是使用電磁閥控制千斤頂?shù)捻敆U上升與回落。四是設(shè)有溢流閥和壓力繼電器雙重保護(hù)。當(dāng)系統(tǒng)壓力達(dá)到設(shè)定值時(shí)，溢流閥溢流，若系統(tǒng)壓力超過(guò)設(shè)定值一定范圍時(shí)，壓力繼電器動(dòng)作，油泵停止運(yùn)行；同時(shí)故障報(bào)警燈亮。

5 改進(jìn)技術(shù)方案

通過(guò)啟動(dòng)油泵，建立系統(tǒng)油壓，當(dāng)發(fā)出提升千斤頂指令后，打開(kāi)YV1電磁閥，液壓油進(jìn)入壓力母管、千斤頂無(wú)桿腔和千斤頂?shù)葔浩胶夤?。千斤頂頂桿上升至上限位時(shí)(假設(shè)8 mm)，YV1電磁閥閉合，定時(shí)器計(jì)時(shí)開(kāi)始，這時(shí)上限位指示燈HL1點(diǎn)亮；待30 s后，YV2電磁閥打開(kāi)，壓力母管、千斤頂無(wú)桿腔和千斤頂?shù)葔浩胶夤軌毫τ屯ㄟ^(guò)YV2電磁閥流入回油箱。千斤頂無(wú)桿腔壓力釋放后，在轉(zhuǎn)子重力的作用下千斤頂頂桿下落，指示燈HL1熄滅，泄壓回油指示燈HL2點(diǎn)亮，直至4個(gè)千斤頂?shù)捻敆U全部到達(dá)下限位，YV2電磁閥關(guān)閉，指示燈HL2熄滅，整個(gè)自動(dòng)控制流程結(jié)束(見(jiàn)圖1)。

圖1 頂轉(zhuǎn)子系統(tǒng)示意

為了讓該控制科學(xué)可靠應(yīng)完善2點(diǎn)：一是需要加入壓力保護(hù)和電機(jī)過(guò)負(fù)荷電流保護(hù)。電機(jī)的電流保護(hù)可以通過(guò)熱繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該技術(shù)廣泛的運(yùn)用在電機(jī)控制保護(hù)系統(tǒng)中，不再贅述。系統(tǒng)壓力保護(hù)通過(guò)溢流閥實(shí)現(xiàn)，通過(guò)在油泵出油口安裝溢流閥，當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)整定值后，發(fā)停泵信號(hào)。二是在系統(tǒng)中加壓力繼電器作為系統(tǒng)壓力的后備保護(hù)，當(dāng)溢流閥故障拒動(dòng)后，通過(guò)壓力繼電器發(fā)送信號(hào)斷開(kāi)電機(jī)主回路上的接觸器，增加系統(tǒng)保護(hù)安全系數(shù)。

根據(jù)主機(jī)組廠家出具的相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，該轉(zhuǎn)子質(zhì)量為20 t，千斤頂頂桿面積為113 cm2,4個(gè)千斤頂頂桿面積為452 cm2，計(jì)算出理論的轉(zhuǎn)子頂起的系統(tǒng)壓力為4.6 MPa，該壓力與之前的液壓系統(tǒng)壓力基本吻合。溢流閥綜合正常工作的系統(tǒng)壓力和系統(tǒng)承壓能力綜合考慮可選5.6 MPa型機(jī)械溢流閥，作為溢流閥后備保護(hù)的壓力繼電器可設(shè)定啟動(dòng)壓力為6 MPa。

6 系統(tǒng)電氣控制原理

6.1 主設(shè)備器件說(shuō)明

QF為系統(tǒng)主回路斷路器，KM為主回路直流接觸器，F(xiàn)R為主電機(jī)熱繼電器，M為油泵電機(jī)(見(jiàn)圖2)。

6.2 主回路原理

當(dāng)斷路器QF閉合，通過(guò)控制系統(tǒng)發(fā)出油泵啟動(dòng)指令后直流接觸器KM吸合，油泵電機(jī)M帶電，油泵啟動(dòng)運(yùn)行(見(jiàn)圖2)。

圖2 系統(tǒng)一次主回路原理

6.3 主設(shè)備器件說(shuō)明

系統(tǒng)控制電路采用直流24 V電源供電(見(jiàn)圖3)，ZK為控制電路空氣開(kāi)關(guān)；SB1為系統(tǒng)啟動(dòng)按鈕；KM為直流接觸器電磁線圈，KM—1、KM—2為直流接觸器輔助觸點(diǎn)；KA為中間繼電器電磁線圈，KA—1、KA—2為中間繼電器的輔助觸點(diǎn)；KT為時(shí)間繼電器電磁線圈，KT—1、KT—2為時(shí)間繼電器輔助觸點(diǎn)；FR—1為熱繼電器輔助觸點(diǎn)；YV1為千斤頂上升控制電磁閥；YV2為千斤頂回落復(fù)位控制電磁閥；KV—1、KV—2為壓力繼電器輔助觸點(diǎn)；SB2為緊急停止按鈕；SL1—1為千斤頂上升限位開(kāi)關(guān)；SL2—1、SL2—2、SL2—3、SL2—4為千斤頂泄壓復(fù)位限位開(kāi)關(guān)；HL1為上限位指示燈；HL2為泄壓回油指示燈；HL3為故障報(bào)警指示燈。

圖3 系統(tǒng)控制電路原理

6.4 二次控制回路原理

(1)合上空氣開(kāi)關(guān)ZK，控制回路電源上電。按啟動(dòng)按鈕SB1，電路“+電源”-“SB1”-“FR-2”-“KV—1”-“SB2”-“KT—1”-“KM”-“-電源”接通，直流接觸器電磁線圈KM帶電，直流接觸器輔助觸點(diǎn)KM—1閉合，油泵電機(jī)主回路接通，油泵啟動(dòng)運(yùn)行，建立系統(tǒng)油壓。

(2)“+電源”-“KM—2”-“SL1—1”-“YV1”-“-電源”接通，千斤頂上升。

(3)千斤頂上升至上限位時(shí)SL1—1斷開(kāi)，“+電源”-“SL1—1”-“YV1”-“-電源”回路斷開(kāi)，電磁閥YV1失電關(guān)閉，千斤頂停止加壓，處于恒壓狀態(tài)，轉(zhuǎn)子在上限位靜止。

(4)“+電源”-“SL1—2”-“KT、HL1”-“-電源”接通,時(shí)間繼電器KT計(jì)時(shí)，上限位指示燈HL1常亮。

(5)30 s計(jì)時(shí)完成后，KT—1斷開(kāi)，直流接觸器KM失電，油泵停止運(yùn)行；KT—2閉合，“+電源”—“KT—2”“SL2—1、SL2—2、SL2—3、SL2—4”-“KA、HL2”-“-電源”接通，泄壓回油指示燈HL2常亮，KA—1閉合自鎖回路“+電源”-“SL2—1、SL2—2、SL2—3、SL2—4”-“KA、HL2”-“-電源”；“+電源”-“KA—2”-“YV2”-“-電源”接通,千斤頂回落復(fù)位控制電磁閥線圈YV2得電打開(kāi)，壓力油返回回油箱，千斤頂在自重作用下回落千斤頂頂桿在彈簧拉力作用下保證可靠復(fù)位并發(fā)送信號(hào)。

(6)當(dāng)4個(gè)千斤頂全部復(fù)位后，“SL2—1、SL2—2、SL2—3、SL2—4”4個(gè)接點(diǎn)全部斷開(kāi)，中間繼電器電磁線圈KA失電，中間繼電器泄壓回油指示燈HL2熄滅，表示千斤頂已復(fù)位。

(7)“+電源”-“KA—2”-“YV2”-“-電源”回路斷開(kāi)，千斤頂回落復(fù)位控制電磁閥線圈YV2失電閉合。自動(dòng)控制系統(tǒng)流程結(jié)束。

(8)當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障，熱繼電器或壓力繼電器動(dòng)作，報(bào)警燈HL3得電常亮，直流接觸器線圈KM失電，油泵停止運(yùn)行。

7 結(jié) 語(yǔ)

為滿足提升工程運(yùn)行管理水平的要求，解決睢寧二站現(xiàn)階段頂轉(zhuǎn)子設(shè)備存在的安全事故隱患，縮短開(kāi)機(jī)前日常準(zhǔn)備時(shí)間和工序，提升工程管理運(yùn)行人員的工作效率，提出開(kāi)發(fā)改造的頂轉(zhuǎn)子液壓控制系統(tǒng)既能保證人身和設(shè)備安全，又能提高運(yùn)行人員工作效率，在同類(lèi)型大型水利工程中具有較好的應(yīng)用前景。