一种用于水轮机主轴中心补气管的全时段补气阀

技术领域

本发明涉及水轮机主轴补气技术领域，尤其涉及一种用于水轮机主轴中心补气管的全时段补气阀。

背景技术

目前，在大型水轮发电机组运行过程中，水轮机一般设置有主轴中心补气系统，以某巨型水电站水力发电机组为例，其水轮机主轴中心补气系统采用DN600补气管进行补气，主要采用检修蝶阀+两阀组串联结构，两阀组串联结构由常开浮球阀和常关自启闭盘式补气阀组成。当尾水出现涡带或负压等不良工况时，对其进行补气以改善或消除不良工况，现有技术在补气管负压较小时补气阀不动作，无法及时补气，在临界工况下补气量不足，对尾水纺锤形涡带抑制作用小。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的在补气管负压较小时无法补气的问题，提出了本发明。

因此，本发明目的是提供一种用于水轮机主轴中心补气管的全时段补气阀。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种用于水轮机主轴中心补气管的全时段补气阀，包括补气阀体，包括补气阀罩，设置于所述补气阀罩上的进气管，设置于所述补气阀罩上的积水箱，设置于所述积水箱上的排水管，设置于所述补气阀罩底端的补气管以及设置于所述补气阀罩顶端的盖板；主球阀，包括设置于所述补气阀罩内的第一浮球，设置于所述补气阀罩内的密封组件；以及，辅球阀，包括设置于所述补气阀罩内的阀座，设置于所述阀座上的阀体组件，设置于所述阀体组件上的通气组件，设置于所述通气组件内的第二浮球以及设置于所述阀体组件内的限位组件。

作为本发明所述用于水轮机主轴中心补气管的补气阀的一种优选方案，其中：所述阀体组件包括设置于阀座上的球阀主体，设置于所述球阀主体顶部的球阀盖，设置于所述球阀盖上的延伸板。

作为本发明所述用于水轮机主轴中心补气管的补气阀的一种优选方案，其中：所述通气组件包括开设于球阀盖上的球阀进气口，开设于阀座上的球阀出气口，设置于球阀主体内的球阀腔体。

作为本发明所述用于水轮机主轴中心补气管的补气阀的一种优选方案，其中：所述限位组件包括设置于球阀腔体内的镂空套管，设置于所述阀座上的镂空支架。

作为本发明所述用于水轮机主轴中心补气管的补气阀的一种优选方案，其中：所述补气阀罩分为上阀罩和下阀罩两部分，所述上阀罩与下阀罩固定连接，所述下阀罩顶端伸入上阀罩内部，所述阀座与下阀罩顶端固定连接，所述球阀主体与阀座固定连接。

作为本发明所述用于水轮机主轴中心补气管的补气阀的一种优选方案，其中：所述球阀盖与球阀主体固定连接，所述延伸板与球阀盖尺寸、形状相同，所述延伸板与球阀盖固定连接。

作为本发明所述用于水轮机主轴中心补气管的补气阀的一种优选方案，其中：所述球阀进气口开设于球阀盖中心，所述球阀进气口直径小于第二浮球的直径，所述球阀进气口与补气阀体相连通，所述球阀出气口设置于连接板中心，所述球阀出气口与球阀进气口位置相对应。

作为本发明所述用于水轮机主轴中心补气管的补气阀的一种优选方案，其中：所述镂空套管与球阀进气口同轴设置，所述镂空套管与第二浮球尺寸相适配，所述第二浮球与镂空套管活动连接，所述镂空支架与镂空套管同轴设置，所述镂空支架直径不小于球阀出气口直径，所述镂空支架直径小于第二浮球直径，所述镂空支架顶端与第二浮球形状相适配。

作为本发明所述用于水轮机主轴中心补气管的补气阀的一种优选方案，其中：所述积水箱包括设置于补气阀罩上的安装板，设置于所述安装板上的箱体以及所述箱体与补气阀罩之间的连通空隙。

作为本发明所述用于水轮机主轴中心补气管的补气阀的一种优选方案，其中：所述密封组件包括设置于补气阀罩内的固定板，设置于所述固定板上的封堵板以及开设于所述封堵板上的通气口。

本发明的有益效果：本发明通过在补气阀罩内设置辅球阀，可以满足在机组出现尾水纺锤形涡带，特别是尾水微负压工况时，及时对尾水微负压区域进行补气，全时段进行补气，防止出现微负压无法启动补气阀的情况发生，起到抑制和破坏尾水纺锤形涡带的作用，保障机组安全稳定运行，既满足了机组正常的补气功能，又能起到防止返水的作用，整个补气系统处于常开状态，随时可以为机组尾水进行补气，大大增加了补气量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为一种用于水轮机主轴中心补气管的全时段补气阀的整体剖面示意图。

图2为一种用于水轮机主轴中心补气管的全时段补气阀的辅球阀的结构示意图。

图3为图1的A处放大图。

图4为现有技术的盘式补气阀的剖面示意图。

图5为现有技术的盘式补气阀的封盖组件的剖视示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

再其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例1

参照图1-图3，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种用于水轮机主轴中心补气管的全时段补气阀，包括补气阀体100，包括补气阀罩101，设置于补气阀罩101上的进气管102，设置于补气阀罩101上的积水箱103，设置于积水箱103上的排水管104，设置于补气阀罩101底端的补气管105以及设置于补气阀罩101顶端的盖板106；主球阀200，包括设置于补气阀罩101内的第一浮球201，设置于补气阀罩101内的密封组件202；以及，辅球阀300，包括设置于补气阀罩101内的阀座301，设置于阀座301上的阀体组件302，设置于阀体组件302上的通气组件303，设置于通气组件303内的第二浮球304以及设置于阀体组件302内的限位组件305。

具体的，主球阀200为浮球式结构的阀门，内部的第一浮球201，在机组正常运行时，靠自重落下，当有江水沿着主轴中心补气管105返上至浮球阀安装高程时，江水将第一浮球201托起，直至第一浮球201顶至主球阀200顶部封堵板202b处，第一浮球201和封堵板202b密闭，以阻止江水继续往上；当需要补气时主球阀200处于常开状态，不影响补气系统补气操作，补气管105为多节依次连接，最上部的补气管105依次插入下一级补气管105内，依次采用插装式结构连接，结合部位通过多层组合密封型式进行密封，防止运行中渗水，排水管104安装于积水箱103底部，位于机组安装方向+Y侧，盖板106位于补气阀罩101顶部，通过若干螺栓进行把合紧固，用以建立密闭空腔，为补气管105补气有利创造条件，通气口202c出和球阀进气口303a出均设有密封圈，起到密封作用，防止大量的尾水返水至辅球阀300安装高程以上，影响机组安全稳定运行，本装置的补气阀体100同时连接有两根补气管105，图中未示出另一补气管105。

机组在补气结构优化后补气量明显增加，在机组空载状态下，根据两个补气管105管口的风速传感器测得补气量为0.79m3/s和0.67m3/s，总计1.46m3/s补气量，此时通过辅球阀300的补气风速为7.4m/s。在机组满载状态下，辅球阀300的补气风速为25m/s，辅球阀300的最大补气风量为4.9m3/s。

补气阀结构优化后使同负荷点功率波动值降低了20％；机组在高负荷区会出现连续峰值大于10MW的功率波动，改进后出现10MW波动的最大负荷点提升30MW(181.6m毛水头)，补气对尾水纺锤形涡带抑制作用明显。

进一步的，阀体组件302包括设置于阀座301上的球阀主体302a，设置于球阀主体302a顶部的球阀盖，设置于球阀盖上的延伸板302c。

进一步的，通气组件303包括开设于球阀盖上的球阀进气口303a，开设于阀座301上的球阀出气口303b，设置于球阀主体302a内的球阀腔体303c，辅球阀300为常开式浮球阀，其可以承受高低压对辅球阀300密封的冲击，并保证辅球阀300密闭良好，可以有效阻止返水，当机组出现补气时，空气从球阀进气口303a进入补气阀，并向下流动。

进一步的，限位组件305包括设置于球阀腔体303c内的镂空套管305a，设置于阀座301上的镂空支架305b，镂空套管305a用于限制第二浮球304的上下升降，防止偏移。

操作过程：本装置的气路情况如下：沿着消音器→两根进气管102→补气阀罩101内腔→辅球阀300→主球阀200→补气管105→尾水管进口补气→破坏真空→改善机组运行条件；改进后的整个主轴中心补气系统为敞开式结构，整个气路为常开状态，当尾水出现较小负压时，主轴中心补气系统可立即对尾水进行补气动作，彻底解决了当尾水出现微负压未达到原自启闭盘式补气阀400开启压力而无法补气的困境。

实施例2

参照图1-图3，为本发明第二个实施例，该实施例不同于第一个实施例的是：补气阀罩101分为上阀罩和下阀罩两部分，上阀罩与下阀罩固定连接，下阀罩顶端伸入上阀罩内部，阀座301与下阀罩顶端固定连接，球阀主体302a与阀座301固定连接。

具体的，补气阀体100安装在发电机机头罩内部，补气阀体100由补气阀罩101和周围的两根进气管102和一根排水管104及附件组成，进气管102主要安装在补气阀罩101上，方位位于机组安装的+Y方向，两根进气管102中心呈60°分布，其主要为主轴中心补气系统提供进气气源通道，积水箱103位于补气阀罩101底部，环形布置，与补气阀罩101连接处牢固无渗漏，主要用于补气系统返水时暂时收集沿主轴返上来的江水，并通过排水管104排至机组渗漏排水。

进一步的，球阀盖与球阀主体302a固定连接，延伸板302c与球阀盖尺寸、形状相同，延伸板302c与球阀盖固定连接。

球阀进气口303a开设于球阀盖中心，球阀进气口303a直径小于第二浮球304的直径，球阀进气口303a与补气阀体100相连通，球阀出气口303b设置于连接板中心，球阀出气口303b与球阀进气口303a位置相对应。

镂空套管305a与球阀进气口303a同轴设置，镂空套管305a与第二浮球304尺寸相适配，第二浮球304与镂空套管305a活动连接，镂空支架305b与镂空套管305a同轴设置，镂空支架305b直径不小于球阀出气口303b直径，镂空支架305b直径小于第二浮球304直径，镂空支架305b顶端与第二浮球304形状相适配，镂空套管305a位于辅球阀300内部，其为镂空式筒型支架，第二浮球304设置在镂空套管305a内部，并对第二浮球304位置进行一定限制，仅可实现上下运动，并需保障第二浮球304上下运动无卡涩，动作灵活，镂空支架305b防止第二浮球304封闭球阀出气口303b，球阀出气口303b位于辅球阀300底部，气流经过辅球阀300后进入主球阀200。

积水箱103包括设置于补气阀罩101上的安装板103a，设置于安装板103a上的箱体103b以及箱体103b与补气阀罩101之间的连通空隙103c。

密封组件202包括设置于补气阀罩101内的固定板202a，设置于固定板202a上的封堵板202b以及开设于封堵板202b上的通气口202c。

其余结构均与实施例1相同。

操作过程：在运行过程中可能存在由于尾水波动、主轴中心孔补气管105内压力波动等原因，会出现主球阀200和浮球阀在启闭临界状态时，可能会有少量泄漏返水，此时泄漏水为无压水，此时水会通过辅球阀300浮球关闭阻断返水，少量漏水可通过排水管104排出，瞬时返水漏水水量很小，水量不足1m3，返水会从积水箱103经排水管104迅速排出至机组排水总管，积水箱103内无积水，没有运行风险；极端工况时，若主球阀200完全失去密封作用，尾水直接涌入主球阀200上腔，由于增加了辅球阀300，此时辅球阀300起作用，阻断返水。

对比例1

参照图4-图5，为现有技术的对比例，该对比例不同于以上实施例的是：在补气阀罩101内设置的盘式补气阀400，盘式补气阀400包括设置于补气阀体100内的外层组件401，设置于外层组件401内的内层组件402以及设置于内层组件402上的封盖组件403。

进一步的，外层组件401包括设置于补气阀罩101内的外层阀罩401a，设置于外层阀罩401a上的外层阀盖401b以及设置于外层阀盖401b上的连通口401c；内层组件402包括设置于外层阀罩401a内的内层筒体402a，设置于内层筒体402a上的连通管402b，设置于内层筒体402a内的支撑座402c以及设置于支撑座402c上的伸缩杆402d，连通管402b贯穿外层阀罩401a与补气阀罩101内部连通。

进一步的，封盖组件403包括设置于连通口401c上的导杆，设置于连通杆403a底端的密封盖403b以及设置于密封盖403b上的连接头403c，密封盖403b与内层筒体402a相适配，密封盖403b通过连接头403c与伸缩杆402d相连接。

具体的，内层筒体402a与外层阀罩401a之间留有空腔，空腔与补气管105相连通，盘式补气阀400正常状态为关闭，此时密封盖403b封闭内层筒体402a，当出现负压时，在大气压的作用下，向上移动并打开密封盖403b向机组主轴中心补气管105内进行补气操作，盘式补气阀400设计开启启动值为1500N，即0.005MPa(0.5m水柱的真空度)，由于受到阀盖自重限制，该阈值无法进一步降低，当真空度低于此阈值时，阀门无法开启，当转轮泄水锥附近真空度低于此阈值时，主轴中心补气装置将不会进行补气。

其余结构均与实施例2相同。

操作过程：盘式补气阀400处于常闭状态，气体经过进气管102进入到补气阀罩101内腔处，由于盘式补气阀400的未打开，机组补气系统未进行补气动作，气路情况：消音器→两根进气管102→补气阀罩101内腔；

机组尾水出现负压时，当自启闭盘式补气阀400前后压差超过其开启压力时，此时密封盖403b打开，通过主轴中心补气管105对尾水进行补气，气路情况如下：沿着消音器→两根进气管102→补气阀罩101内腔→盘式补气阀400打开→主球阀200→常开式检修蝶阀→各节补气管105→尾水管进口补气→破坏真空→改善机组运行条件。

但当机组尾水出现微负压时，通常盘式补气阀400启动临界值大于0.005MPa，此时负压压力还未达到盘式补气阀400开启压力，该类型补气阀则不会动作，不能自己打开对尾水进行补气，进而无法完成消除微负压的影响，机组将长时间处于尾水较小压力波动状态，从而增大了机组振动、汽蚀等影响，甚至造成机组功率异常波动报警等隐患。

重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。

此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或与实现本发明不相关的那些特征)。

应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。

应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。