江如春 王荣国 宋 佳

(1.江苏省江都水利工程管理处,江苏 扬州 225200;2.江苏省灌溉总渠管理处,江苏 淮安 223001)

1 工程概况

江都第一抽水站(简称江都一站)是国家南水北调东线源头工程——江都水利枢纽工程的重要组成部分。工程于1961年12月开始兴建,1963年3月竣工,是新中国成立后国内第一个自行设计、自行建设、自行管理的大型泵站[1]。管理好、运行好国家南水北调东线源头工程[2],不断探索新方法、新技术十分必要。本文以江都一站为例,通过分析大型立式轴流泵气动式真空破坏阀在工程运行中存在的问题,提出并实施真空破坏阀技术改造方案,总结设备改造取得的效果。

2 工作原理

大型虹吸式出水流道轴流泵站,通常使用气动式真空破坏阀[3-4]。真空破坏阀工作原理见图1,在水泵启动运行时,出水管水位上升致水流开始漫过驼峰底,此时水泵扬程急骤上升,随着管内空气逐渐被压缩,管内压力增大顶开真空破坏阀自动排气,待管内气体排出,压力变小后,真空破坏阀因自重回落关闭;在水泵停止运行时,真空破坏阀通过电磁阀联动停机按钮,以高压压缩气体为媒介,自动顶开真空破坏阀使空气进入出水流道,实现以驼峰为界自然断流,防止主电机因水流倒灌产生叶轮飞逸事故[5]。

图1 真空破坏阀工作原理

3 运行现状

江都一站原装有8台套立式轴流泵,每台主水泵出水流道配备1个气动式真空破坏阀,配套两台空气压缩机和储气罐(特种设备需按时检验)。在主机组停机时,储气罐提供高压空气作为动力,由电磁阀联动控制,顶开真空破坏阀,完成破真空断流。本文以真空破坏阀历年运行状况为依据,结合水利工程高质量发展需求,提出目前存在的以下主要问题:

a.现气动式真空破坏阀工作原理是主机停机时,需要动力源顶开真空破坏阀[6],在气体压力不足或阀瓣卡阻时,不能及时打开真空破坏阀,存在使主机组因水流倒灌产生叶轮飞逸事故的安全隐患[7]。

b.现气动式真空破坏阀在主机开机时,通过主水泵运转提升出水流道水位,压缩出水流道内空气至一定压力后,顶开真空破坏阀,容易使轴流泵机组启动瞬间产生附加扬程,增大水泵运行负载,产生强烈振动等不稳定因素[8-9],不利于机组安全稳定运行。

c.现气动式真空破坏阀为密封一体式铸铁外壳,见图2。旁通阀开启对工作人员臂力有一定要求,且无其他备用应急开阀措施,当真空破坏阀主阀瓣无法及时开启时,没有应急破真空技术措施,主机组容易因水流倒灌产生叶轮飞逸事故。

图2 现气动式真空破坏阀

d.现气动式真空破坏阀为密封一体式铸铁外壳,无阀瓣开关状态观测窗口,仅依靠限位开关探测真空破坏阀全开或全关状态,无法实时目视到真空破坏阀阀瓣实际开关状态,不利于及时发现设备可能存在的安全隐患。

4 技改研究

经充分分析现有真空破坏阀存在的不足,结合泵站工程主机组运行实际需求,提出真空破坏阀技术改造实施方案,选用HXDP型压力平衡式虹吸真空破坏阀,其为电磁动式真空破坏阀,与主机组真空断路器同步断电开阀,机组一旦停电,阀的电气控制系统也同步断电→阀瓣开启→大气涌入阀体→破坏虹吸现象→分流退水,防止水流倒灌产生主机的叶轮飞逸事件。电磁动式真空破坏阀结构见图3。

4.1 电磁动式真空破坏阀运行原理

水腔1同输水主管道相连接,气腔2和大气相通。阀门电气控制箱5收到关阀指令后,电磁操作机构3开始工作,此时阀轴向手动操作机构4快速移动,阀瓣和阀座相合形成密封,此时水腔1和气腔2的大气被隔断,形成虹吸现象。

阀门电气控制箱5收到开阀指令或者联动主机断路器突然失电后,电磁操作机构3不工作,在主弹簧6作用下,阀瓣向电磁操作机构移动,此时阀瓣和阀座分离打开,由于主管道内负压作用下大气经气腔2急速进入水腔1,和主管道相通,破坏虹吸实现断流,保障主机组安全平稳停机。

4.2 电磁动式真空破坏阀运行优点

a.电磁动式真空破坏阀利用设备本体电磁线圈通电与否控制真空破坏阀阀瓣开关,不需要额外配套空气压缩机和储气罐等供气系统辅助设备,可显著降低工程建设投入成本,也明显减少了辅助设备类别和数量,杜绝因辅助设备故障带来的安全运行隐患,提高了泵站主机组运行的可靠性。

b.电磁动式真空破坏阀通过电气控制箱内的延时合闸开关,可以实现在主机组合闸运行水流漫过驼峰之前,真空破坏阀延时关闭,可随时设定延时关阀时间,使主水泵以最佳工况完成由启动动态振动运行至虹吸真空稳定运行阶段的过渡,保障了主水泵不超扬程启动、节约了能源,减少了因主机组超扬程启动时异常振动对设备寿命的损害。通电关阀见图4。

c.电磁动式真空破坏阀和主机组联动,可现场操作和远程控制。设有人工手动紧急开阀、关阀装置与观察视窗,在其他功能全部失效的情况下,可以选择敲掉观测窗口的有机玻璃,实现破坏虹吸断流,保障机组安全稳定停机。

d.电磁动式真空破坏阀是断电开阀,当泵站工程因故突然停电,主机组自动停机的同时,电磁动式真空破坏阀也会同时打开,更可靠地实现破坏虹吸断流,避免水流倒灌产生水轮飞逸事故。断电开阀见图5。

图5 断电开阀示意图

5 结 语

大型轴流泵站虹吸式出水流道采用真空破坏阀断流方式科学可靠。电磁动式真空破坏阀取消了传统供气系统空气压缩机、储气罐等辅机设备,其工作原理更符合泵站工程安全稳定运行需要,可以延长主水泵使用寿命,更好地发挥工程防洪排涝、改善水资源配给、保护水生态等运行效益。通过分析影响机组安全稳定运行的不利因素,优化有安全隐患的辅助设备,有利于水利高质量发展需求。本文提出了大型轴流泵站虹吸式真空破坏阀技术改造方案,为已建或新建虹吸式出水泵站真空破坏阀的选择和安装提供技术参考。