CN103335142B - 水轮发电机组反馈自力式减压阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水轮发电机组反馈自力式减压阀。主要由阀盖（1）、阀座（2）、塔形弹簧（3）和阀杆（4）所组成；阀座（2）上设互相隔离的进水通道和出水通道；阀杆（4）是一根下段带中空通底管道的圆柱体，阀杆（4）中下部有一边孔（20）与中空通底管道相通；该阀杆（4）从上至下，依次穿过上弹簧座（16），塔形弹簧（3），下弹簧座（17），橡胶鼓膜（15），大活塞（13），隔离板（14），小活塞（12），下端与节流锥（19）套接；并使边孔（20）处于大活塞（13）与隔离板（14）之间的反馈压力补偿空间内。本发明在水轮机转轮出口布置。能适应大幅度水压力变化，出水压力稳定性好，安装体积小，有良好的抗污能力。

Description

水轮发电机组反馈自力式减压阀

技术领域

本发明属于水电工程设备，特别是一种水轮发电机组反馈自力式减压阀。

背景技术

现在已建成的部分电站如：葛洲坝水电站、湖南省水府庙水电站、安仁大石水电站、麻阳马颈坳水电站、红岩水电站及西北勘测设计研究院设计的叙利亚迪什林水电站等。由于水头发生变化，导致供给水轮发电机组的水压波动，轻则使转轮室—尾水管段产生反水击，发电机组在惯性的作用下继续转动，水轮机由水轮机工况转变为水泵工况，水轮机叶片将水向尾水推，尾水管产生的反水击现象；重则，导致水轮发电机组抬机使电站正常运行遇到障碍，严重时会损坏水轮发电机的推力轴承及结构部件。

2002年11月13日，中国实用新型专利授权公告号CN2520443Y，公开了由本申请研制的一种反馈系统先导控制、压力补偿安全保护自力式减压阀，该阀主要由主阀和双反馈系统组成，主阀中有内锁定系统；主阀与双反馈系统的组合，形成先导控制、压力补偿自力式减压、稳压。并能在正常工作状态下可以反冲排污。但该技术方案结构部件多，安装体积大，适用范围有限。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，提供一种水轮发电机组反馈自力式减压阀。能适应水头发生大幅度变化，出水压力稳定性好，安装体积小，安全可靠，有良好的抗污能力。

本发明的水轮发电机组反馈自力式减压阀，主要由阀盖、阀座、塔形弹簧和阀杆所组成；阀座上设互相隔离的进水通道和出水通道；阀座中部上方开上大下小，且同轴线、有台阶过渡相通的两圆柱状通孔；小圆柱状通孔的孔壁上有排气孔道，从阀座体内通向第一三通阀的正下方；大圆柱状通孔的孔壁上有互相对称的右孔道和左孔道，右孔道从阀座体内水平通向第一三通阀，左孔道从阀座体内水平通向第二三通阀；上述小圆柱状通孔内设有带“O”型密封圈的小活塞，大圆柱状通孔内设有大活塞；在大、小两圆柱状通孔之台阶过渡处固定一块隔离板；上述阀盖和阀座的上端大圆柱状通孔的结合处有橡胶鼓膜隔离，使阀盖上端形成一个控制膜腔；在控制膜腔内有上弹簧座，塔形弹簧和下弹簧座；上述阀座进出水通道的隔离壁之间有阀口和节流锥，节流锥位于阀口之下；上述阀杆是一根下段带中空通底管道的圆柱体，阀杆中下部有一边孔与中空通底管道相通；该阀杆从上至下，依次穿过上弹簧座，塔形弹簧，下弹簧座，橡胶鼓膜，大活塞，隔离板，小活塞，下端与节流锥套接；并使边孔处于大活塞与隔离板之间的反馈压力补偿空间内；其中的阀杆与上弹簧座、塔形弹簧是间隙配合；阀杆与隔离板是过渡配合；阀杆与下弹簧座、橡胶鼓膜、大活塞、小活塞、节流锥是过盈配合；上述阀盖侧部开阀盖呼吸孔，顶部有螺旋调节手柄；螺旋调节手柄下端内空，并触抵上弹簧座；所述的第一三通阀还有水平通向阀座体外的阀座呼吸孔；所述的第二三通阀在阀座体内还有垂直向下通入进水通道的冲洗孔。

本发明通过螺旋调节手柄、阀盖、阀杆、塔形弹簧、小活塞构成反馈压力调节系统。小活塞上方孔壁上的孔道与第一三通阀、阀座呼吸孔构成小活塞运行呼吸系统。为了使水轮发电机组的减压阀运行更为稳定、可靠，本发明减压阀利用阀杆上的边孔、中空通底管道，与大活塞、隔离板构成反馈压力补偿系统。本发明左孔道、第二三通阀、冲洗孔构成反冲系统；通过操作第二三通阀部件，可有效地将反馈压力补偿空间内的污物，通过阀杆上的边孔和中空通底管道排出至出水通道，同时不影响减压阀的工况。

在水轮机转轮出口布置本发明，通过两根或两根以上沿圆周均匀分布引水支管和引水环管(按照水力学原理做成变径管)与转轮出口连接。当水头发生大幅度变化时，转轮出口压力跟随变化，导致本发明的塔形弹簧的压缩量λ的变化率随着转轮出口压力Pk的增加而减少，排水卸压降低，实现出水压力稳定性好，安装体积小，有良好的抗污能力。具有较广的市场前景和较好的经济社会效益。

与现有技术比较，具体特点在于：①运用了阀座内置反冲排污三通阀，使减压阀在工作状态下，实现反馈系统的反冲排污。并且结构更简单，体积小。②独创地使用阀杆上的边孔、中空通底管道，与大活塞、隔离板构成反馈压力补偿系统，来实现高精度稳压。③本发明减压阀的阀座阀口过流面积等于或大于公称通径面积，可实现大的过流量。④本发明能将原水压力3-8MPa减到0.3-0.8MPa范围内，本发明利用了由于塔形弹簧的压缩量λ的变化率随着压力Pk的增加而减少的特性，使得阀座阀口和节流锥开启高度变化，随着进口压力P1的升高变化趋缓。可防止水头发生大幅度变化，造成供给水轮发电机组的水压波动，使转轮室—尾水管段产生反水击。⑤减压设计为调节手柄和塔形弹簧，使阀盖高度大大减少，还可使整个减压阀体积更小，阀盖更容易固定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的阀座部分俯视示意图。

附图标记说明：1阀盖；2阀座；3塔形弹簧；4阀杆；5小圆柱状通孔；6排气孔道；7第一三通阀；8大圆柱状通孔；9右孔道；10左孔道；11第二三通阀；12小活塞；13大活塞；14隔离板；15橡胶鼓膜；16上弹簧座；17下弹簧座；18阀口；19节流锥；20边孔；21阀盖呼吸孔；22螺旋调节手柄；23阀座呼吸孔；24冲洗孔。

具体实施方式

以下结合附图用具体实施方式进一步说明本发明的总体结构和工作原理。

一种水轮发电机组反馈自力式减压阀，主要由阀盖1、阀座2、塔形弹簧3和阀杆4所组成；阀座2上设互相隔离的进水通道和出水通道；阀座2中部上方开上大下小，且同轴线、有台阶过渡相通的两圆柱状通孔；小圆柱状通孔5的孔壁上有排气孔道6，从阀座体内通向第一三通阀7的正下方；大圆柱状通孔8的孔壁上有互相对称的右孔道9和左孔道10，右孔道9从阀座体内水平通向第一三通阀7，左孔道10从阀座体内水平通向第二三通阀11；上述小圆柱状通孔5内设有带“O”型密封圈的小活塞12，大圆柱状通孔8内设有大活塞13；在大、小两圆柱状通孔之台阶过渡处固定一块隔离板14；上述阀盖1和阀座2的上端大圆柱状通孔8的结合处有橡胶鼓膜15隔离，使阀盖1上端形成一个控制膜腔；在控制膜腔内有上弹簧座16，塔形弹簧3和下弹簧座17；上述阀座2进出水通道的隔离壁之间有阀口18和节流锥19，节流锥19位于阀口18之下；上述阀杆4是一根下段带中空通底管道的圆柱体，阀杆4中下部有一边孔20与中空通底管道相通；该阀杆4从上至下，依次穿过上弹簧座16，塔形弹簧3，下弹簧座17，橡胶鼓膜15，大活塞13，隔离板14，小活塞12，下端与节流锥19套接；并使边孔20处于大活塞13与隔离板14之间的反馈压力补偿空间内；其中的阀杆4与上弹簧座16，塔形弹簧3是间隙配合；阀杆4与隔离板14是过渡配合；阀杆4与下弹簧座17，橡胶鼓膜15，大活塞13，小活塞12，节流锥19是过盈配合；上述阀盖1侧部开阀盖呼吸孔21，顶部有螺旋调节手柄22；螺旋调节手柄下端内空，并触抵上弹簧座16；所述的第一三通阀7还有水平通向阀座2体外的阀座呼吸孔23；所述的第二三通阀11在阀座2体内还有垂直向下通入进水通道的冲洗孔24。

本具体实施方式通过螺旋调节手柄22、阀盖1、阀杆4、塔形弹簧3、小活塞12构成反馈压力调节系统。小活塞12上方孔壁上的孔道与第一三通阀7、阀座2呼吸孔构成小活塞12运行呼吸系统。为了使减压阀的运行更为稳定、可靠，本具体实施方式减压阀利用阀杆4上的边孔20、中空通底管道，与大活塞13、隔离板14构成反馈压力补偿系统；本具体实施方式左孔道10、第二三通阀11、冲洗孔24构成反冲系统；通过操作第二三通阀11部件，可有效地将反馈压力补偿空间内的污物，通过阀杆4上的边孔20和中空通底管道排出至出水通道，同时不影响减压阀的工况。

如图所示，P1为减压阀的进口压力，P2为减压阀的出口压力，在进、出口形成流量时，在阀座2中，Pt+ P1与Pk的压力达到平衡。此时，阀座2阀口18和节流锥19开启高度是一个定值，即过流面积一定。从而减压阀限制了在进口压力为P1时的大流量；出口压力相对是一个低压值P2。P2的压力值可以通过调整螺旋调节手柄22位置的改变，即改变Pk的压力达到新平衡来设定。

在进口压力P1变化时，出口压力P2是不变的，工作原理如下：当进口压力P1上升时，P2值又产生了上升趋势。此时，由小活塞12构成反馈压力调节，使阀杆4克服塔形弹簧3，Pk压力上升，Pk增大，Pt+ P1与Pk的压力达到新的平衡；阀座2阀口18和节流锥19开启高度变小，即过流面积减少；上升的P2值恢复为原值。但在控制平衡系统过程中，由于动作的惯性，P2值实际还是产生了微上升波动。该压力值P2通过阀杆4中空通底管道的底部水孔传入，从阀杆4边孔20进入反馈压力补偿系统；对大活塞13产生上升波动Pt调整，最终消除该微上升波动的P2值恢复为原值，由此实现在进口压力波动的工况下自动调整减压阀的出口低压为恒定。当进口压力P1下降时，阀座2的控制稳压工况则与上述的工况相反。

当减压阀的出口处装有控制阀门，且控制阀门关闭时减压阀的工况为：反馈压力补偿系统的Pt值增大，直到阀门关闭。控制阀关闭后，增大的Pt值迅速克服塔形弹簧3的压力Pk使主阀关闭；因此，自动关闭后的减压阀的出口压力仍是一个稍高于P2值的低压，当出口处P2的控制阀门重新开启时，减压阀恢复初始工况。

Claims (1)

1.一种水轮发电机组反馈自力式减压阀，主要由阀盖（1）、阀座（2）、塔形弹簧（3）和阀杆（4）所组成；其特征在于：阀座（2）上设互相隔离的进水通道和出水通道；阀座（2）中部上方开上大下小，且同轴线、有台阶过渡相通的两圆柱状通孔；小圆柱状通孔（5）的孔壁上有排气孔道（6），从阀座体内通向第一三通阀（7）的正下方；大圆柱状通孔（8）的孔壁上有互相对称的右孔道（9）和左孔道（10），右孔道（9）从阀座体内水平通向第一三通阀（7），左孔道（10）从阀座体内水平通向第二三通阀（11）；上述小圆柱状通孔（5）内设有带“O”型密封圈的小活塞（12），大圆柱状通孔（8）内设有大活塞（13）；在大、小两圆柱状通孔之台阶过渡处固定一块隔离板（14）；上述阀盖（1）和阀座（2）的上端大圆柱状通孔（8）的结合处有橡胶鼓膜（15）隔离，使阀盖（1）上端形成一个控制膜腔；在控制膜腔内有上弹簧座（16），塔形弹簧（3）和下弹簧座（17）；上述阀座（2）进出水通道的隔离壁之间有阀口（18）和节流锥（19），节流锥（19）位于阀口（18）之下；上述阀杆（4）是一根下段带中空通底管道的圆柱体，阀杆（4）中下部有一边孔（20）与中空通底管道相通；该阀杆（4）从上至下，依次穿过上弹簧座（16），塔形弹簧（3），下弹簧座（17），橡胶鼓膜（15），大活塞（13），隔离板（14），小活塞（12），下端与节流锥（19）套接；并使边孔（20）处于大活塞（13）与隔离板（14）之间的反馈压力补偿空间内；其中的阀杆（4）与上弹簧座（16）、塔形弹簧（3）是间隙配合；阀杆（4）与隔离板（14）是过渡配合；阀杆（4）与下弹簧座（17）、橡胶鼓膜（15）、大活塞（13）、小活塞（12）、节流锥（19）是过盈配合；上述阀盖侧部开阀盖呼吸孔（21），顶部有螺旋调节手柄（22）；螺旋调节手柄下端内空，并触抵上弹簧座（16）；所述的第一三通阀（7）还有水平通向阀座体外的阀座呼吸孔（23）；所述的第二三通阀（11）在阀座体内还有垂直向下通入进水通道的冲洗孔（24）。