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主进水阀密封位置接近开关限位装置研究

范文

徐威王冰力郑树伟李龙龙

摘要：介绍了安徽绩溪抽水蓄能电站主进水阀密封位置接近开关的创新改造，解决了由于安装尺寸的不可控性导致接近开关极易误报、损坏的缺陷，极大改善了接近开关的工作环境，延长探测装置的使用寿命。通过改造，提高了生产效率，减少设备安装过程中的人力物力投入，大幅降低设备元件的故障率，为设备的稳定运行提供保障，以实现电站经济、稳定运行的目标。

关键词：主进水阀;密封;接近开关;限位装置;技术改造

引言

抽水蓄能电站主要任务是为电网提供调峰填谷容量，承担系统的紧急事故备用和调频、调相等作用。主进水阀作为机组正常停机和事故停机截断水流的设备，启闭迅速是抽蓄机组能够作为紧急事故备用的重要条件，其中上下游侧两道密封环是截断水流必不可少的部件，密封环的位置状态是开停机流程的重要判据。本文结合安徽绩溪抽水蓄能电站的主进水阀密封位置接近开关的改造，阐述该类型故障发生的原因，位置信号获取的原理，传感器安装误差的产生，改造的方法及后续运行情况。

一、主进水阀及接近开关简介

电站的主进水阀采用了横轴双面密封球阀，通径2m。通过活门启闭不能完全截断水流，需要通过上下游侧两个活动密封环与活门上的固定密封环配合达到完全止水的效果。

活动密封环在投退过程中平行于水流方向位移，如果球阀活门在密封未退出的情况下开启，将破坏密封面，导致密封止水效果下降甚至失效，机组存在停机稳态下转动的风险，更换球阀工作密封的工期较长，期间影响机组运行，增加检修成本。为监视密封环的实际位置，电站采用BALLUFF BSH-135V 型电感式开关，防护等级IP68，耐压500bar，可靠工作距离Sn=0～2.5mm，感应表面采用陶瓷结构。电感式接近开关的原理是利用振荡器产生交变磁场，当金属目标接近时，在金属目标内产生涡流，导致振荡衰减，将这种变化转换为开关信号输出，以达到非接触检测的目的。抗干扰能力强、耐压等级高和只感应金属的特点非常适用于检测高水头抽水蓄能电站的主进水阀的密封位置状态。绩溪电站的球阀接近开关利用螺纹结构固定在套筒上，套筒安装在球阀的安装孔内，通过套筒自身和外部螺帽的调整以实现微调传感器位置的功能。

目前电站处于基建转生产阶段，在1 号机组调试的过程中，主进水阀位置信号频繁故障，导致机组启停过程无法顺利执行，并且短时间内累计更换6 个接近开关，经检验，拆卸下来的接近开关均已损坏。

二、故障原因分析

通过查看已损坏的接近开关，发现在端部位置存在不同程度的划痕。

中心深色区域为接近开关的感应探头，该探头材料为陶瓷，具有机械强度高，耐磨耐腐蚀，热稳定好等优点，但是也存在脆性大，耐冲击能力低，易碎的缺点。

随后通过查找设备细部图纸发现，接近开关在球阀本体上的安装孔内并未设置类似于阶梯式结构等对传感器进行限位，导致在装配过程中，接近开关端部存在直接接触活动密封环的可能性。装配图纸中对于接近开关外部装配螺栓无力矩要求，为防止高压水源泄出，安装工人不可避免会过度拧紧导致进一步挤压接近开关，使其端部和密封环碰撞。

可以得出结论，造成接近开关大规模、高频率损坏的原因就是对于传感器没有稳定可靠的定位设计，导致在经过加工、安装的误差堆叠后，在密封环投退过程中感应探头极易遭到挤压从而导致探头被破坏。

三、技术改造方案

由于球阀本体已整铸且已安装到位不存在重新加工的条件，所以无法在通过垫高安装孔内的凸台以限位，但是由于接近开关的工架非整体结构，所以考虑改造接近开关的工架结构以达到限位目的。

现行改造方案为将原本为直筒构造的套筒螺母底部加工一个h=4mm，φ 底座=38mm 的底座，螺纹内径φ 内径=20.5mm，套筒高度H=29mm 不变。该底座可通过底座卡在安装孔的凸台处阻止接近开关端部接触密封环，极大降低设备损坏的风险，提高设备的稳定性，而且由于测量环境长期承受高达7MPa 的压力，纯机械结构可以长久保持稳定的工作状态。

在实际应用过程中，传感器探头位置始终与端面齐平，由于加工尺寸存在偏差以及外部螺母旋紧过程中的误差，导致接近开关伸出套筒的长度L 无法保持在一个安全有效的动作的数值。

A：球阀表面与活动密封环的距离

a：球阀表面与安装孔凸台的距离

h：套筒螺母底座高度

Sn：接近开关的可靠工作距离Sn=[0，2.5]

为保证接近开关动作的可靠性和降低探头受密封环挤压的风险，为控制探头与密封环距离在1.5mm 左右，即h-Sn=2.5mm。还需要注意的是两个长距离的测量存在一定的误差，故需测量多次取平均值，综合可得L的计算方法：

此时在加装了限位装置后，只需要在加装端部螺母之前，测量L 值在我们想要控制的范围内即可，即L 改造后≈L 改造前+2.5mm。

在將L 改造前加上计算出来的理论值h-Sn 后，得到了L 改造后的数值，六个密封位置开关数据分别为30.28mm，30.16mm，30.84mm，29.46mm，30.18mm，28.88mm，2 号球阀的密封位置接近开关均按照上述数据进行安装后，进行多次密封动作试验，接近开关均能够准确反映密封实际位置，且经过半年的调试、商运，位置信号再未出现误报、错报的故障。

四、结语

综上所述，机械加工领域对于大型铸件的结构尺寸受到收缩率、含碳量、制壳、浇铸温度等因素影响较难保持比较高的精度，通过测量固有尺寸后，利用精加工件的调整可以便捷有效的控制尺寸在我们所需求的范围内。这种方法在目前能够提高生产效率，减少设备安装过程中的人力物力投入，大幅降低设备元件的故障率，为设备的稳定运行提供保障。

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