手动和液压一体式锁定装置

胡奇+++吴继兵+++李金桃

摘 要：文章主要介绍手动和液压一体式锁定装置的结构及工作原理，本装置可同时使用液压功能或手动功能将接力器锁定，解决了常规锁定装置在油管路故障时无法解除或投入锁定的问题，提高了水轮机运行的安全性。

关键词：手动；液压；一体式；锁定装置

引言

接力器是水轮机操作机构的力量来源，是调节水轮机组出力、操作机组开机关机的重要机构，直接关系到整个水轮机的操作规律。在水电站运行维护管理中，“安全”始终是第一话题。在常规的液压锁定装置设计中，锁定装置能否正常运行，仅仅依靠操作锁定装置的液压系统，一旦这个液压系统出现故障，将出现锁定装置无法投入，或者投入后无法退出的情况，对接力器的正常运行造成影响，从而影响整个水轮机的运行。为了克服常规液压锁定装置的不足，本装置在满足液压锁定的功能的同时，加了手动锁定功能。这样，当操作锁定装置的液压系统出现故障时，可以及时地通过手动功能来将接力器锁定，极大地提高了接力器的可靠性，提高了水轮机运行的安全性。本装置已应用在西藏藏木水电站、西藏果多水电站、江苏溧阳抽水蓄能电站、浙江仙居抽水蓄能电站等多个项目中，藏木、溧阳、仙居等水电站已运行发电，证明本装置应用可靠。

1 锁定装置的结构及工作原理

本装置整体为水平结构，上缸盖（5）、缸体（4）、下缸盖（3）通过螺栓（6）连接为一体；两个锁定支杆（16）拧在上缸盖（5）上，锁定支板（14）通过螺母（13）与锁定支杆（16）连接；下缸盖（3）通过螺栓（9）与支架（10）连接，支架（10）使用螺栓把合在接力器的导向座上。

当本装置作为液压锁定装置时，活塞（7）依靠两个进出油口（8）之间的油压差左右移动，由活塞（7）带动锁定闸板（1）移动。当锁定闸板（1）向右移动时，锁定闸板（1）卡入接力器活塞的凹槽内，锁定主活塞位置，实现对整个接力器的锁定；当锁定闸板（1）向左移动时，锁定闸板（1）从接力器活塞的凹槽内移除，解除主活塞位置锁定，可以使接力器投入使用。

当液压系统出现故障（如管路断裂、内部密封失效、储油罐爆裂等情况），无法推动活塞（7）移动时，其手动锁定功能发挥作用。当需要投入锁定时，通过旋转螺母（15）可使活塞（7）向右移动，从而带动锁定闸板（1）向右移动，进入锁定位置，将接力器锁定；当需要解除锁定时，通過旋转螺母（12）可使活塞（7）向左移动，从而带动锁定闸板（1）向左移动，解除锁定，将接力器投入使用。

一般每台水轮机使用两个接力器，每个接力器使用两个本锁定装置，锁定装置左右对称布置，以保证在锁定时，活塞杆受力均匀，不会产生侧向弯曲。

本装置在活塞上设置了效果良好的组合密封圈及导向带，既可以有效降低锁定装置的内部液压油渗漏，又为活塞提供摩擦系数较低的滑动导向。鉴于活塞与缸盖之间需要相对移动，为防止活塞移动时通过缸盖与活塞之间的间隙漏油，因此在上缸盖、下缸盖上设置多道密封圈。同时，为防止缸盖与缸筒之间出现漏油，在缸盖与缸筒之间设置了径向密封。通过在国内多个电站的成功使用证明，本装置密封效果极好，作用明显。

2 与常规锁定装置的对比

常规锁定装置结构如图2所示，其锁定闸板的投入与解除完全依靠液压装置进行操作。图2中所示的位置为锁定装置未投入的位置，当电站实际运行时，如果此时需要将锁定闸板投入，但液压油口1所连接的油管路出现故障，则会出现锁定装置无法投入的情况；同理，如果液压装置已投入，此时需要解除锁定，但是液压油口2所连接的油管路出现故障，则会造成锁定装置无法解除的情况。

图2 常规锁定装置结构图

当锁定装置无法投入时，若此时解除接力器液压系统的油压，会造成导叶回弹，导叶之间的间隙增大，水轮机组漏水量增加，甚至造成机组无法停机，或停机后机组再次旋转导致轴承烧毁的情况。通过手动和液压一体式锁定装置，可在锁定装置无法投入时，及时通过手动方式将锁定投入，当机组关闭后，可将液压系统解除或关闭锁定装置油管路，安全、方便地对锁定装置进行检修维护。

当锁定装置无法解除时，只能通过停机检修的方式，将锁定装置拆除进行修理，待重新安装完毕后再次启机，不仅影响了电站的正常运行，又影响了电网的正常调度。通过手动和液压一体式锁定装置，可在锁定装置无法解除时，及时通过手动方式将锁定解除，机组可正常启机，待机组关闭后，对锁定装置进行检修维护。

通过以上的对比可以发现，手动和液压一体式锁定装置与常规锁定装置相比，具有非常大的优势，既实现了常规锁定装置的全部功能，又解决了常规锁定装置的不足。当液压系统出现故障时，可以通过手动方式将锁定装置投入或解除，同时检修人员可立即对管路部分进行检修，不影响设备的正常使用。

此外，由于结构所限制，当调速器对锁定装置的投入产生误操作时，会导致锁定闸板损坏，给电站的正常调试造成阻碍。响水涧、向家坝、沐 项目在机组调试时均出现此误操作的事件。与常规锁定装置相比，由于手动和液压一体式锁定装置具有手动锁定功能，在机组调试阶段，可以通过手动锁定功能，将锁定装置固定在解除状态。这样，即使调速器装置错误的发出锁定投入的信号，因为机械限制，锁定装置也不会投入锁定，起到了第二重的保护作用。

如果在电站正常运行期间，因误操作导致锁定闸板与导向座研死，无法通过液压功能移动闸板时，可通过手动功能，将闸板移除，移除后，对锁定装置进行检查修理。

3 结束语

本锁定装置对接力器活塞位置锁定的安全性有了进一步地提升，不但包含了常规液压锁定装置的全部功能，还增加了手动锁定功能，具有结构简单、体积小、重量轻、易操作等优点。在设计时，可将水轮机的两个接力器设计成完全相同的样式，降低了设计难度。在电站运行维护工作中，一旦锁定装置出现故障，可以在第一时间进行处理，不影响电站的正常发电，增强了机组的安全性能。

作者简介：胡奇（1987-），男，2009年毕业于华中科技大学，现从事水轮机及进水阀门研发工作，工程师。