Sáng kiến cải tạo hồi tiếp kim phun nhà máy thủy điện Vĩnh Sơn.

Các sự cố của tổ máy bắt nguồn từ kim phun, nguyên nhân đều do cơ cấu hồi tiếp kim phu gây ra:

Trong quá trình làm việc của kim phun ty kim này sẽ tỳ lên phần đuôi côn của trục kim nhờ lực ép của lò xo, khi kim đóng mở thì ty này sẽ đi lên đi xuống cùng với tấm thép được cố định trên ty kim tạo nên khe hở từ 1 – 5.5mm so với đầu dò hồi tiếp. Đầu dò hồi tiếp sẽ xuất tín hiệu dòng điện từ 4 – 20mA về bộ điều tốc.

Trong quá trình làm việc, ty kim chạy lên chạy xuống nhiều lần dẫn đến hỏng 02 joăng làm kín, gây nên sự cố mất dầu điều tốc hoặc kẹt joăng làm ty kim không di chuyển xuống được khi đóng kim, gây nên sự cố treo kim.

Khi làm việc trong thời gian dài, với lực tỳ của bánh xe lên phần đuôi côn của trục kim làm khuyết trục kim và mòn bánh xe dẫn đến giá trị hồi tiếp cài đặt ban đầu bị thay đổi, ngoài ra, khi bánh xe bị mòn khuyết sẽ không di chuyển được mà trượt trên phần đuôi côn dẫn đến lực ma sát tỳ rất lớn sẽ làm cong vênh ty kim.

Kết cấu ty kim này tác động một lực rất lớn lên phần đuôi côn của trục kim góp phần làm cho pittông và xi lanh của kim phun nhanh mòn hơn, và bộ phớt làm kín nhanh hỏng hơn.

Do đó nhằm khắc phục sự cố này Kỹ sư cơ khí Nguyễn Duy Quang – Phòng Kỹ thuật, qua nhiều năm nghiên cứu và thử nghiệm mô hình đã đưa ra giải pháp cải tạo bộ hồi tiếp kim phun nhà máy thủy điện Vĩnh Sơn.

1. Nghiên cứu thử nghiệm chức năng của đầu dò:

• Thử nghiệm để xác định độ côn của đuôi kim sẽ gia công và khe hở cần thiết khi lắp đặt đầu dò.
• Đo đạc và kiểm tra tín hiêu hồi tiếp, kiểm tra chất lượng tín hiệu có tuyến tính trong phạm vi làm việc.

a. Mô hình thử nghiệm đầu dò:

Hình: Mô hình lắp đặt và thử nghiệm đầu dò

Mô hình thử nghiệm cần đảm bảo các thông số:

• Hành trình làm việc : 145mm
• Độ côn của phần trục : Ø30 – Ø32mm
• Khe hở nhỏ nhất : 0.5mm (giữa đầu dò và đuôi côn)

b. Các bước thử nghiệm:

• Cấp nguồn 24V cho đầu dò.
• Dùng đồng hồ FLUKE để đo giá trị điện áp phản hồi.
• Sử dụng thước lá để đo khe hở giữa đầu dò và đuôi côn.
• Dùng tay để trượt phần đuôi côn, kết hợp đo giá trị điện áp phản hồi và khe hở giữa đầu dò và đuôi côn.

c. Kết quả thử nghiệm:

- Đầu dò đo khoảng cách tuyến tính trong phạm vi 0.5 – 1.5mm và 1mm khoảng cách ứng với điện áp phản hồi là 6.6V.

Phạm vi làm việc của đầu dò là: 0.5 – 2mm, ngoài phạm vi trên giá trị điện áp đo được là không tuyến tính.

Căn cứ vào kết quả thử nghiệm trên phần đuôi côn của trục kim phun sẽ có độ côn Ø30 – Ø32mm và khe hở ban nhỏ nhất ban đầu là 0.5mm ứng với 3.3V.

Hình: Sơ đồ nguyên lý đấu nối tín hiệu đầu dò

2. Phương án thay đổi loại đầu dò mới

Sau khi tiến hành lắp đầu dò BALLUFF trên kim số 3 tổ máy H1 tháng 9 năm 2013, đầu dò đã bộc lộ những khiếm khuyết trong việc điều khiển đóng mở kim phun. Cụ thể, phạm vi (khe hở) làm việc của đầu dò quá nhỏ (1 mm), dẫn đến sai số trong quá trình điều khiển là rất lớn, chỉ cần những rung động nhỏ của đầu dò hay dịch chuyển của ty đầu dò do áp lực dầu điều tốc, mặc dù dao động này là rất nhỏ cũng dẫn đến sai số lớn.

Mặc khác, đây là loại đầu dò mà tín hiệu đầu ra là áp nên việc tổn thất trong quá trình truyền tín hiệu là không tránh khỏi dẫn đến sai lệch trong quá trình điều khiển. Bản chất điều khiển bằng xung áp dẫn đến tốc độ điều khiển không tuyến tính theo thời gian.

Khắc phục những khuyết điểm trên, trong phương án cải tạo lần này, KS Ngyễn Duy Quang đã nghiên cứu thay thế kiểu đầu dò không tiếp xúc khác, đặc tính chi tiết của đầu dò như sau:

• Thang đo : 0 ÷ 5.2mm (phạm vi hay khe hở)
• Nguồn : 0 ÷ 24V
• Đầu ra : Uout = 0 ÷ 10V hoặc Iout = 4 ÷ 20mA
• Sơ đầu đấu điện:

Hình: Sơ đồ đầu điện cho đầu dò BMSens 052x1

Vì đầu dò mới có sự thay đổi về hình dạng, kích thước và phạm vi làm việc khác với đầu dò BALLUFF cũ do vậy việc cải tạo kết cấu của ty kim và phần đuôi côn của trục kim phải được hiệu chỉnh lại.

Phương pháp lắp đặt, căn chỉnh và thử nghiệm được thực hiện tương tự phương án sử dụng cho đầu dò BALLUFF.

3. Cải tạo các bộ phận của kim phun:

a. Cải tạo phần ty kim: phần lớn các chi tiết được giữ nguyên như phương án cũ chỉ thay đổi cấu tạo của chi tiết số 1 và chi tiết số 2:

• Chi tiết số 1: Để bảo vệ đầu dò và ngăn chặn rò rỉ của đầu áp lực, kết cấu của chi tiết số 1 sẽ được cải tạo như sau:

Hình: Chi tiết số 1 và đầu dò được tích hợp

• Chi tiết số 2: Việc thay đổi chiều dài của chi tiết số 1 dẫn đến việc giảm chiều dài của chi tiết số 2 (giảm đi 41mm), về kết cấu vẫn giữ nguyên như phương án trên chỉ thay đổi chiều dài. Cụ thể:

Hình: Chi tiết số 02 sau khi đã giảm chiều dài

b. Cải tạo phần đuôi côn của trục kim:

So với loại đầu dò BALLUFF thì loại đầu dò mới này có phạm vi làm việc rộng hơn (khe hở cho phép 0 ÷ 5.2 mm) vì vầy phần côn của trục kim mới phải gia công lại để đảm bảo khe hở cho phép của đầu dò. Cụ thể:

• Độ côn cũ: 31 – 40mm.
• Độ côn theo phương án đầu dò Balluff: 30 – 32mm.
• Độ côn mới: 30 – 36.5mm.

Hình: Trục kim sau khi được gia công lại độ côn 30 – 36.5mm

4. Lắp đặt ty kim vào thân kim phun, kết hợp căn chỉnh khe hở giữa đầu dò với trục kim.

• Việc lắp ty kim vào thân kim đồng thời với việc căn chỉnh khe hở ban đầu khi kim đang đóng hoàn toàn (để an toàn cho đầu dò), tức khe hở lúc đó giữa đầu dò và phần đuôi côn là lớn nhất (giá trị khe hở khoảng 3.8mm – tương đương giá trị dòng điện hồi tiếp về ~ 17.5mA ÷ 18mA).

• Khi đặt ty kim vào thân kim kết hợp việc đo giá trị điện áp phản hồi của đầu dò bằng Ampe kiềm (sử dụng thêm 1 bộ nguồn 24VAC cho đầu dò).

• Việc căn chỉnh khe hở lý tưởng tương đương với dòng điện phản hồi về trong khoảng: min 7.5~8mA và max 17.5~18mA.

• Việc căn chỉnh mang tính chất là chỉnh tinh và thay đổi khe hở bằng cách chọn lông đền có độ dày phù hợp (trong dải từ 4~5mm).

5. Đấu nối tín hiệu vào hệ thống điều tốc

Với loại đầu dò này tín hiều đầu ra có thể sử dụng là dòng hoặc áp do đó thuận lợi cho quá trình điều khiển sau này. Để đơn giản, việc đấu nối được tiến hành tương tự như với loại đầu dò ban đầu của nhà máy Vĩnh Sơn.

6. Kết quả đạt được

Sau khi cải tiến và chính thức đưa vào vận hành bộ hồi tiếp kim phun nhà máy thuỷ điện Vĩnh Sơn, thiết bị vận hành ổn định chính xác, tăng tuổi thọ của kim phun, khắc phục được sự cố do bộ hồi tiếp kim phun gây nên, giảm xuất sự cố và tăng tính ổn định hoạt động của tổ máy đảm bảo đáp ứng vận hành cung cấp điện theo thị trường theo huy động của Trung tâm Điều độ hệ thống điện Quốc gia.