尼尔基发电厂真空破坏阀改造方案及试验过程浅析

[摘 要]真空破坏阀在水轮发电机组中起着避免关机过程中产生的真空水锤损坏机组设备的重要作用。本文论述分析了尼尔基发电厂原有平板式密封真空破坏阀存在漏水现象，止水效果不佳的原因，并针对此问题，阐述了更换缓闭式、锥形密封和浮球二次密封结构的真空破阀的技术分析以及试验过程和应用效果。

[关键词]真空破坏阀 缓闭式 改造

中图分类号：TV737 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）27-0296-01

一、真空破坏阀工作基本原理

水轮发电机组在运行过程中如停机，尤其是紧急停机时，导叶紧急关闭，会破坏水流的连贯性，导致水轮机转轮室及尾水管内形成真空，此真空随着导叶继续关闭不断增大，此时，如真空得不到及时补偿，气体破坏真空，就会造成负水锤，此力作用于转轮叶片下部，容易破坏水轮机顶盖密封跑水，严重时甚至造成抬机损坏设备。为防止此现象发生，在水轮机顶盖处安装真空破坏阀（一般十字方向对称安装4个），用以补偿负荷变化或紧急停机过程中的真空。

当转轮室内产生真空时，大气压力克服真空破坏阀内弹簧的力，将真空破坏阀阀体打开，进行补气破坏真空。当真空被破坏与大气压相同后，在弹簧的作用下自动关闭，完成一次破坏真空动作。

二、改造前工况简析

尼尔基发电厂位于嫩江上游，装设4台62.5MW的轴流转桨式水轮发电机组。水轮机型号为ZZA833-LH-640，发电机型号为SF62.5-56/10850。采用平板密封式真空破坏阀。

尼尔基发电厂1-4#水轮机发电机组自2006年7月陆续投运以来，水轮机真空破坏阀在经过一段时间运行后，经常发生漏水现象，多台次机组发生过真空破坏阀大量漏水情况，甚至导致了水淹水导故障的发生。

经过多次分解检修，分析认为造成真空破坏阀漏水有以下几方面原因：

1、平板密封结构的真空破坏阀，在经过多年运行，动作过程中由于震动，轴套磨损严重，导致阀轴径向偏移，造成密封不严，致使阀门漏水；

2、阀门密封面材质易磨损，造成密封不严；

3、在真空破坏阀动作过程中，由于震动造成密封压圈沉头螺丝松动，密封不严，导致漏水。

4、真空破坏阀动作过程中，如出现硬物卡阻，阀体不能复位，会造成漏水，严重时甚至发生水淹水导事故。

三、技术分析

为避免平板密封式真空破坏阀材质易磨损、密封不严、以及动作补气后容易卡阻等缺陷，经过考察研究，决定采用最先进的缓闭式、锥形密封和浮球二次密封结构的真空破坏阀（如图1）。

这种真空破坏阀具备如下优点：

1、阀轴、活塞、活塞杆、密封压板、浮球、螺母螺钉等部件采用不锈钢材质。

2、阀体结构设计合理，检修、维护方便，能够有效地降低真空破坏阀在运行中的振动、噪音。

3、真空破坏阀密封面采用锥形密封结构。以保证真空破坏阀在复归过程中阀杆与阀门的同轴性，使得动作灵活，整体密封可靠，不发卡，不蹩劲。

4、阀盘、阀杆、调节阀、密封条压板螺母、螺栓均有可靠防松动措施。

5、采用自防沙密封轴套，减小真空破坏阀在运行过程中轴套磨损量。

6、采用空气缓冲式阀体结构，并采用备用耐压浮球结构，当阀体发生卡阻现象造成漏水时，浮球在水浮力作用下能够做到二次密封，防止水淹水导事故的发生。同时，浮球可单独更换，利于检修维护。

三、改造后试验

1、实验目的及内容

真空破坏阀改造后，要在投入运行前进行试验，以确保设备安全可靠。试验内容如下：

⑴、测试缓闭式真空破坏阀静水状态下，其密封部件有无渗水情况，在阀盘密封失效状态下，二次密封（浮球密封）的密封效果是否良好。

⑵、测试缓闭式真空破坏阀动水状态下，其密封部件有无渗水情况，在机组开机后，观察轴杆抽动回力情况，对稳速器的调节阀进行调节。在开机状态下调节导叶开度，增减水流量，检查缓闭式真空破坏阀动作情况、缓冲器撞针撞击后缓冲情况及阀盘密封情况。

2、试验过程

⑴、静水试验

①、尾水门提起，进口门落下，尾水管内有水状态。

②、检查缓闭式真空破坏阀阀盘密封情况，密封无渗水。

③、使用5吨千斤顶及专用工具逐一将4台缓闭式真空破坏阀阀杆顶开，模拟阀盘密封处于失效状态，使水流进入二次密封（浮球密封），检查二次密封密封情况有无渗水。

⑵、动水试验

①、机组开机状态，空转。

②、开机时检查缓闭式真空破坏阀补气过程，补气量满足要求。

③、缓闭式真空破坏阀补气，阀杆动作恢复时，调节稳速器保证阀杆回位延时3s，缓冲器调节螺母调整至15mm刻度处，使阀杆与稳速器撞针接触到位同时使阀盘密封无严重碰撞，并保证阀盘在动作过程中无水流溢出。

④、机组开机状态下，空载状态保持5分钟，并网后带10MW、30MW负荷分别保持1-5分钟，然后带满负荷保持1-5分钟，最后机组停机。在开机、调整负荷以及停机过程中，增减机组过水流量时，分别检查真空破坏阀补气动作情况正常。

⑶、试验结果

缓闭式真空破坏阀在静水状态下，其密封部件无渗水情况，在阀盘密封失效状态下，二次密封（浮球密封）的密封效果良好。

缓闭式真空破坏阀动水状态下，其密封部件无渗水情况。在开机状态下调节导叶开度，增减水流量，缓闭式真空破坏阀动作灵活，密封可靠。

四、应用效果

缓闭式真空破坏阀安装并经过一段时期的运行后，发现效果良好，具备以下优点：

1、改造后的真空破坏阀，在运行过程中，减小了机械振动对阀轴及阀门的损伤；

2、真空破坏阀在复归过程中可以保证阀杆与阀门的同轴性，动作灵活，整体密封可靠；

3、自防沙密封轴套，减小了真空破坏阀在运行过程中轴套磨损量；

4、采用备用耐压浮球结构，作为真空破坏阀漏水的情况下的二次密封，提高了运行的可靠性。

五、结语

真空破坏阀是水轮发电机组中不可或缺的重要部件，真空破坏阀阀体结构合理，材质优良，是确保水轮发电机组安全可靠运行的重要保证。尼尔基发电厂4#机组自改造更换成缓闭式、锥形密封和浮球二次密封结构的真空破坏阀，已安全稳定运行2年多，实践证明此种结构的真空破坏阀维护方便，运行安全可靠。