水电站技术工业全自动滤水器供水系统结构分析和改造
 

      水电站技术工业全自动滤水器供水系统结构分析和改造，水电站技术供水工业全自动滤水器及管路系统在设计有一定的不足，不能可靠地满足电站无人值班、少人值守的工作要求。对该设备的结构及运行状况进行了简要分析，并介绍了改进措施，希望能够探讨到一种性能优良、工作可靠的工业全自动滤水器，为电站的技术供水提供有力保障。
1水质情况简要介绍
     流经天峨县地域总长111.5km。漂浮物通常由施工期间的垃圾和杂物;植被杂草、树木；工业与生活垃圾（泡沫塑料块、木料、塑料瓶等）；动物尸体;藻类污染等五大主要成份构成。大量漂浮物主要产生于汛期，成季节性分布。每年的3月至6月，特别是在次洪水中,漂浮物多。漂浮物通常是涨水时多，退水时少。9月之后，漂浮物逐渐减少。漂浮物流入大坝库区后，大都成片聚集在进水口坝段的水面，少量经过长时间浸泡沉入水底，还有一部分半浮半沉于各种深度。
2新型水力发电厂对技术供水工业全自动滤水器的要求
     在电力体制改革下，发电企业对人员的配置不断精简，要保证电站设备的长周期、高稳定运行，除了一批优秀的技术人才外，设备无疑成为制约企业改革和企业发展的主要因素。对水力发电厂的定位是无人值班、少人值守的一流水电厂，所以设备可靠和稳定程度至关重要。
     技术供水工业全自动滤水器是水电厂技术供水清洁性和通畅性的保证，高效的自动清污能力、便捷的检修性能、可靠的运行指标对稳定电站设备的技术供水意义重大，为无人值班、少人值守提供设备保证。
3水电站技术供水工业全自动滤水器分析
     水电厂技术供水用户主要为:水轮发电机组空气冷却器、各部轴承油冷却器、主轴密封、主变压器油冷却器及其他辅助设备用水,详见表lo
表1水电站技术供水对象用水量一览表
序号 名称 水压MPa 用水量L/min
1 空气冷却器冷却水 0.2-0.6 28800
2 推力轴承油冷却器冷却水 0.2-0.6 3000
3 上导轴承油冷却器冷却水 0.2-0.6 700
4 下导轴承油冷却器冷却水 0.2~0.6 700
5 水导冷却器冷却水 0.2-0.6 660
6 主轴密封冷却与润滑水 0.6-1.0 325
7 每台变压器空载冷却水 <1.0 583
8 每台变压器额定负荷运行冷却水 <1.0 3500
总计 2086.1m3/h（变压器空载运行）
2261.1m3/h（变压器额定负荷运行）
3.1工业全自动滤水器主要参数
工业全自动滤水器的形式 立式电动自动清污型
设计工作流量 2500-3000m3/h
反冲洗额定流量 W300m3/h
排污方式 运行时由控制装置自动操作排污
额定工作压力 2.5MPa
过滤精度 W4mm
进、出管直径 DN500mm
排污管直径 DN150mm
控制方式 定时、压差、手动均可切换
3.2工业全自动滤水器性能要求及运行分析
3.2.1水电站技术供水工业全自动滤水器性能要求
     (1)中含有大量的泥沙、杂草、污物及生活拉圾，因此，在工业全自动滤水器的结构设计上应釆取防止泥沙和污物堵塞的有效措施，以保证工业全自动滤水器安全可靠运行。
水电站的发电机组为大型空冷式密闭自循环。
     (2)冷却系统，机组运行期间耗水量大，所以需要工业全自动滤水器在排污时不能有过多的水量损失和压力下降。
     (3)检修维护便捷，能够在较大程度上降低人的劳动成本和工作时间。
3.2.2工业全自动滤水器设计原理简介
     技术供水工业全自动滤水器清污、排污过程不影响正常技术供水。正常过滤状态时，电动排污阀关闭，电动减速机不启动。当满足排污条件时，电动排污阀打开，工业全自动滤水器电动减速机启动，带动自动调心清污刷刮刀转动，使其附着在滤筒壁上的污物被刮刀刮断并被吸管排出，同时排污吸管旋转时不断与滤筒上的小孔接通，附着在滤筒上的污物借助工业全自动滤水器内部分过滤后的清洁水的自身压力进行反冲洗，经排污口流出,通过开启的电动排污阀排入电站集水井。工业全自动滤水器的结构见图l。
3.2.3工业全自动滤水器运行状况分析
     (1)发电初期，水电站由于基建与生产并存加上库区蓄水位较低的实际情况,1号机组投运一段时期后，技术供水工业全自动滤水器堵塞严重,导致机组各部轴承瓦温升高，被迫在负荷低峰时停机处理。现场打开工业全自动滤水器检修人孔门,发现该工业全自动滤水器排污、排漂效果不太理想，此后每次停机均需要对该工业全自动滤水器手动清污处理。
     (2)工业全自动滤水器的刮刀支架强度差，易断裂,水电站2、(2)3号工业全自动滤水器均出现过不同程度的断裂，严重影响清污效果，甚至造成电机过载现象。
     (3)工业全自动滤水器排淤管路设计不太合理。
排污管在设计上有两个作用:
     一，检修时放空工业全自动滤水器内的积水;
     二,定期开启排淤阀排淤，便于清除沉积在工业全自动滤水器底部的杂质。为了实现以上功能，该工业全自动滤水器底部开020mm的孔,该孔和DN40mm的放空管路连接，引入至集水井。这就导致三个明显缺点的产生:
     一，当工业全自动滤水器在排淤过程中,杂质随水流汇集于出水口周围,当大于020mm的杂质和缠绕物不能排出后，造成该排淤管堵塞，起不到排淤和放空效果，水电站3号机组滤水器就有此种情况的发生;
     二,排淤管在设计上采用史20mm变径至40mm明显不合理，造成浪费;
     三，排淤阀操作釆用手动操作形式，这样可能在导致工业全自动滤水器清污效果下降的同时，大大增加了运行值班人员工作强度。
     (4)该工业全自动滤水器排污口的设置有一定的局限，造成底部沉积的淤泥和大的颗粒性杂质无法排出，工业全自动滤水器的排污主要是利用DN150mm的排污阀门在打开的瞬间形成的压力差带动内部杂质到排污管路，通过管路流入到集水井。而排污管路在设计上釆用上、下排污管路同时打开，同时工作，这样势必导致阀门开启瞬间压力差大大减小，从而使反清洗效果受到影响。
     (5)工业全自动滤水器排污阀门选型不合理，工业全自动滤水器排污管径DN150mm,目前水头下工业全自动滤水器大水压力为1.25MPa,排污阀釆用电动蝶阀开启和关闭来达到自动排污效果，蝶阀前后过大的压力差经常会导致阀门过载，甚至损坏电机。
     (6)工业全自动滤水器进水方式采用“上进下出”的给水形式，面积过大的工业全自动滤水器清污刮刀支架在运行过程中，因受到巨大水流的不断冲击和剪切，使得工业全自动滤水器上密封轴端盖、支架和连接销始终受到力矩冲击作用,显著降低使用寿命。
工业全自动滤水器工作流程见图20
4水电站工业全自动滤水器改造方法探索
4.1国内典型的全自动工业全自动滤水器结构分析
     旋转式滤网耗能大，压力损失大，结构型式落后，已为淘汰产品;静止圆筒式滤网，有的采用烟筒式滤网，有的采用双层圆筒相互隔离的蜂窝式过滤小单元，但这些结构一旦有塑料袋、树根、草根等漂浮物，则成为致命弱点。
     (2)工业全自动滤水器进、出水管间必须要有足够的轴向距离，因为出水管与进水管轴向距离愈大，排污效果愈好。如果进水管路和出水管路距离过小，绝大部分清洁水从阻力小的出水管流走，而从排污过滤单元反冲的清洁水压力就很低，使粘附在过滤单元上的杂质就冲洗不干净。
     (3)国内典型工业全自动滤水器的进、出水方式上有三种：一种是上进水、下出水方式，另一种是下进水、上出水方式，还有一种是进、出水管路在同一水平线上的相对两侧。其中上进水、下出水，多滤筒结构工业全自动滤水器的代表，是三峡左岸电厂使用的ZLSG-400型工业全自动滤水器。进、出水管路在同一水平线上的相对两侧的代表是天津发电设备公司生产的IV型工业全自动滤水器，该工业全自动滤水器在各电厂应用。
4.2水电站工业全自动滤水器结构的改进措施
     经过对水电站技术供水工业全自动滤水器运行情况分析,结合现场实际,水电站对在役工业全自动滤水器进行了以下几点改进：
     (1)在上排污口和下排污口分别安装电动球阀，避免上、下排污口同时动作。这样不但可以有效地减少流量损失，而且可以显著地增大滤网前后的压差，增大反冲洗效果。
     (2)对放排淤管路进行改造，先将原管径增大至DN80mm,将排淤口单独设置在滤水器底部，通过电动球阀控制排淤方式，在增大排污效果的同时，减轻了值班人员的劳动强度。
     (3)对排污程序进行了修改。当达到设定的排污差压时,PLC控制电机启动的同时打开DN150mm的电动排污阀排污，工作一段时间后电机停止并关闭该阀门。其次控制程序开启DN80mm排淤阀进行排淤，将工业全自动滤水器底部沉积物排除，进入下一个运行周期。
     (4)在工业全自动滤水器靠近底部位置增加一个检修口，便于检修时杂质的排除和顺利清理。
     (5)对工业全自动滤水器刮刀支架进行了加固，防止在长期运行中水力不停冲击而断裂，避免造成电机过载或滤网损坏。
4.3水电站工业全自动滤水器的整体技术改造设想
4.3.1采用国产品牌的工业全自动滤水器
     拟改造后的新型工业全自动滤水器为复合排污、滤网快换型，进、出管径DN500mm。由电动行星摆线针轮减速机、工业全自动滤水器本体、差压控制器、差压变送器、双电动排污阀及带PLC可编程控制器的电气控制柜等组成。工业全自动滤水器本体由布置在滤芯法兰上的若干个小过滤筒、自动反冲排污转动机构、主轴、转动挡板、排污转筒、排污孔架、漂浮物及沉积物排污管、进出水管及在罐体侧上部对开的检修门孔组成。它具备自动过滤、自动排污，且在清污、排污时不影响正常的供水量。电气控制采用PLC可编程控制器自动控制,也可手动控制，并设有差压过高、排污阀过力矩故障报警。当减速机、排污阀出现故障或过力矩及工业全自动滤水器差压过高时，可进行故障报警及相应提示。利用通讯可以与机组LCU、中控室计算机等进行通讯以实现远方监测。
     该工业全自动滤水器从三峡水电站使用经验来看,性能较高，尚未出现过明显缺陷，但是能否满足水电站技术供水系统高水头(400m蓄水位时，该工业全自动滤水器工作压力将近L9MPa)、大流量的特点还需谨慎考虑。但是适中的价格和方便快捷的售后服务加上在三峡水电站的成功应用可能也是其具备竞争力的一个显著特点。
4.3.2采用国外进口品牌的工业全自动滤水器
     采用以色列生产的水力控制工业全自动滤水器，此类工业全自动滤水器具备国产工业全自动滤水器的一切性能，通过在工业全自动滤水器本体上安装控制管路和水力马达来实现水力驱动，排污时起到了四两拨千斤的功效，用水力操作取代传统的电力驱动。
     该工业全自动滤水器特点是做工优良、纯水力控制，避免了传统工业全自动滤水器在电控排污时存在的缺陷。通过对水电站技术供水系统目前使用的以色列阀门(技术供水减压阀、开关阀、安全阀、正反向切换阀、泵控阀、主轴密封工业全自动滤水器等)分析,个人认为此类阀门和滤水器均为成熟产品，设计先进、合理。
     作为大型机组主用技术供水工业全自动滤水器而言，水电站目前采用的工业全自动滤水器有一定的不足。对水电站技术供水工业全自动滤水器的结构进行了介绍，对机组投产后在役工业全自动滤水器的改造进行了简要分析，并且概述了本人认为的两种较常见而且清污效果比较可靠的工业全自动滤水器工作原理和各自的特点。