【泰科閥門】國內(nèi)蝶閥關(guān)閉故障的原因和維修方法
1,、蝶閥關(guān)閉故障
泰科閥門了解到國內(nèi)某水電站采用PDF130-WZ-280型蝶閥,系臥式雙平板活門結(jié)構(gòu),。蝶閥總裝包括閥體,、活門、工作主密封,、軸承,、轉(zhuǎn)臂、接力器,、鎖定裝置,、重錘和旁通閥等。蝶閥閥體采用鑄焊整體結(jié)構(gòu),,閥體與工作密封圈接觸處采用不銹鋼材料,,延長了密封圈的使用壽命并提高了密封性能。閥門的密封設(shè)在下游側(cè),,密封面采用斜面結(jié)構(gòu),,因而有很好的密封性能。閥體的底部有 8 條地腳螺栓作為固定閥體用,,能承受接力器向上推力和動水作用在活門上的向上分力,而不能承受活門全關(guān)時的水推力,。為增加活門在動水關(guān)閉時的自關(guān)閉力矩,,活門與閥體均按偏置設(shè)計,其幾何中心與轉(zhuǎn)動中心偏移 50mm,,增加了關(guān)閉的可靠性,。閥門的主工作密封采用實(shí)心異形橡膠放在活門周邊,,用壓圈和壓緊螺釘緊固在活門上,為了保證密封圈可調(diào)和且調(diào)節(jié)后定位,,設(shè)有鎖緊螺釘加以固定,。閥軸采用 40Cr 鍛鋼材料,與軸承和軸端密封接觸處采用鍍鉻保護(hù),,與活門采用插人圓柱銷固定,。軸承由鋼套和銅瓦組成,銅瓦材料為鑄鋁青銅(ZCuAl1OFe3),,軸端密封采用 U 形支承環(huán)密封圈,,密封力可調(diào),更換方便,,該閥布置 2 臺直徑 200mm 直缸搖擺式接力器,,接力器的活塞桿通過轉(zhuǎn)臂與閥軸相連,活塞桿表面鍍鉻處理,?;钊c缸體問密封采用 O 形圈與聚四氟乙稀組合式密封圈;接力器缸內(nèi)設(shè)有二段關(guān)閉裝置和節(jié)流緩沖結(jié)構(gòu),,外部采用高壓軟管連接,,控制系統(tǒng)。蝶閥的開啟采用 FYZ 閥門液壓控制裝置供油,,推動接力器把活門和重錘至全開后采用油壓鎖錠,,鎖錠油源來自于調(diào)速器油壓裝置。當(dāng)機(jī)組發(fā)生事故或需正常停機(jī)時,,切換鎖錠油源脫開,,蝶閥依靠自身所配置的 2 個重錘(各 3.5 t)和水力作用至活門全關(guān),起到切斷水流和保護(hù)機(jī)組的作用,。
2,、蝶閥關(guān)閉故障現(xiàn)象
國內(nèi)某水電站蝶閥于2000 年3月投人運(yùn)行,運(yùn)行至 2002 年3月,,發(fā)現(xiàn)在關(guān)閉蝶閥過程中,,當(dāng)?shù)y關(guān)閉至全行程的約 95% 時,蝶閥轉(zhuǎn)臂(重錘)停止下落,,蝶閥不能自行到達(dá)全關(guān)位置,。這與蝶閥只能在全開或全關(guān) 2 個位置相矛盾,蝶閥位置處于不定態(tài),,造成漏水量較大,,引起較強(qiáng)的噪聲,給水電站的檢修運(yùn)行帶來了較大的安全隱患,。
3,、蝶閥關(guān)閉故障原因
確認(rèn)油管路方面或者接力器結(jié)構(gòu)
出現(xiàn)這種現(xiàn)象有可能是由于回油管路排油不暢引起接力器關(guān)側(cè)油腔油未排盡,,由此造成接力器活塞不能完全回復(fù)至全關(guān)位置,導(dǎo)致蝶閥轉(zhuǎn)臂下落不能到達(dá)最大行程,,引起蝶閥關(guān)不到全關(guān)位置,。就此對操作油管路進(jìn)行檢查,對于管路上的油閥門進(jìn)行分解檢查,,確保操作油管路暢通無阻,,為了降低在關(guān)閉過程中接力器活塞沖擊接力器油底部的速度和壓力,在操作接力器缸內(nèi)設(shè)有二段關(guān)閉裝置,,即節(jié)流緩沖結(jié)構(gòu),,對接力器節(jié)流緩沖結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗并對接力器節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)整,加大節(jié)流閥開口,,使回油的流量變大,,節(jié)流閥前、后的壓差變小,,有利于接力器活塞的下落,。同時,檢查發(fā)現(xiàn)接力器活塞桿表面鍍鉻層完好,,無銹蝕卡澀跡象,。
用以上 2 種方法進(jìn)行處理后,沒有明顯的效果,,說明蝶閥不能到達(dá)全關(guān)位置的原因與操作系統(tǒng)(操作管路及接力器裝置)無關(guān),。
在蝶閥關(guān)閉過程中關(guān)閉蝶閥所需力矩小于軸承處所受到的摩擦阻力矩
為了防止泥沙淤積妨礙閥門開啟,蝶閥下緣逆水流關(guān)閉,,動水力矩 M 總是趨向使活門關(guān)閉,,活門上的動水壓力沿水流方向的分力 p 順?biāo)鞣较颍怪狈至?P1 方向向上,,活門關(guān)閉時,,水完全靜止,活門上承受靜水壓力,。由于活門上,、下的位置差異,靜水壓力的作用中心在活門中心線以下,,這樣,,對于臥軸蝶閥活門,就產(chǎn)生了使活門轉(zhuǎn)動的靜水力矩,。在國內(nèi)某水電站中,,蝶閥處于接近全關(guān)的位置不能正常關(guān)閉在閥門操作中,操作機(jī)構(gòu)各轉(zhuǎn)動銷軸處均存在摩擦力和摩擦力矩。其中,,閥軸與軸瓦間的摩擦力和力矩是主要的,其數(shù)值占據(jù)總的摩擦力降摩擦力矩的絕大部分,。
根據(jù)設(shè)計工況,,閥軸和鑄鋁青銅的摩擦因數(shù)一般取拜 μ=0.15,所以在最高水頭 121.5m 時,,蝶閥可以靠本身配置的重錘進(jìn)行自動關(guān)閉,。而要出現(xiàn)蝶閥不能自動關(guān)閉現(xiàn)象必須的條件是 μ>0.27。因此可以得出以下結(jié)論:
國內(nèi)某水電站 #1,、#2 蝶閥在運(yùn)行 2 年以后,,在關(guān)閉時出現(xiàn)了不同程度的關(guān)不到全關(guān)位置的現(xiàn)象。我們分析認(rèn)為,,出現(xiàn)這種情況的原因有以下 2 點(diǎn):
(1)蝶閥在經(jīng)過 2 年多的運(yùn)行后,,閥軸和軸承之間有可能出現(xiàn)泥沙沉淀,導(dǎo)致閥軸和軸承之間的間隙減小,,軸承摩擦因數(shù)增加,。在閥門的關(guān)閉過程中,當(dāng)活門接近全關(guān)位置時,,活門上,、下游之間形成一個壓差,這個壓差會在閥軸上產(chǎn)生一個阻礙關(guān)閉的力矩,,這個阻力矩與軸承的摩擦因數(shù)成正比,,當(dāng)阻力矩大于閥門關(guān)閉力矩時會出現(xiàn)上述現(xiàn)象。
(2)軸承經(jīng)過一段時間運(yùn)行后,,軸承潤滑面可能有腐蝕,,軸承出現(xiàn)了磨損,摩擦因數(shù)增加,,也會導(dǎo)致上述現(xiàn)象,。
蝶閥關(guān)閉故障處理方法
(1)改變關(guān)閉蝶閥的操作程序。在關(guān)閉蝶閥的同時,,打開旁通閥,,在關(guān)閥結(jié)束后,再關(guān)閉旁通閥,。這樣,,可以讓蝶閥在關(guān)閉過程中前、后水壓始終平衡,,消除了關(guān)閥過程中蝶閥上,、下游之間的壓差,大大降低了關(guān)閉時的摩擦阻力,,使關(guān)閥能順利進(jìn)行,,而且可以減少軸承潤滑面的磨損,,增加蝶閥軸承的使用壽命。
(2)現(xiàn)配置的 2 個重錘的側(cè)面各預(yù)留有 4 個 M30 的螺孔,,可在重錘上加一些鋼板,,然后用螺絲緊固。這樣就增加了重錘的質(zhì)量,,從而增加蝶閥關(guān)閉時的重錘力矩,,使蝶閥在軸承摩擦系數(shù)增大時也能順利關(guān)閉。
在以上 2 種方法中,,如果采用第 2 種方法進(jìn)行改造,,蝶閥可在一段時間內(nèi)比較順利地自行關(guān)閉,但運(yùn)行時間長了以后,,隨著泥沙在閥軸和軸承之間的沉淀和軸承潤滑面的進(jìn)一步磨損,,摩擦因數(shù)增大引起摩擦阻力越來越大,蝶閥有可能又不能自行關(guān)閉,,甚至需更換新軸承,。因此,在考慮到處理上述問題的難度和電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,,在采用了修改蝶閥關(guān)閉流程的方法,,如圖 1 所示(圖中灰色為改進(jìn)增加流程部分)。
蝶閥關(guān)閉故障實(shí)際應(yīng)用情況
國內(nèi)某水電站蝶閥關(guān)閉流程經(jīng)過改進(jìn)后,,在關(guān)閉的同時開啟旁通閥,,對閥后充水。蝶閥在上,、下游無水壓差的情況下關(guān)閉,。在此過程中,基本消除了作用在活門上的靜水力矩,,同時,,大大減小了閥軸的摩擦力矩。實(shí)踐表明,,改進(jìn)后蝶閥運(yùn)行穩(wěn)定,,自行關(guān)閉正常,關(guān)閉效果良好,。
同時考慮到機(jī)組過速時,,因調(diào)速器主配壓閥拒動,需使蝶閥關(guān)閉來防止機(jī)組過速,。在這種方式下,,為防止由于關(guān)閉蝶閥時開旁通閥造成機(jī)組轉(zhuǎn)速升高,在過速保護(hù)裝置動作油管路中,并一油管至調(diào)速器事故電磁閥,。當(dāng)過速保護(hù)裝置動作時,,事故電磁閥也動作,調(diào)速器主配壓閥快速朝關(guān)側(cè)動作,,關(guān)閉導(dǎo)葉,,防止機(jī)組飛逸。
蝶閥關(guān)閉故障結(jié)束語
應(yīng)用該關(guān)閉流程的蝶閥,,由于在關(guān)閉時蝶閥前、后水壓平衡,,受靜水壓力較小,,大大減少了閥軸的摩擦力矩,也減小了蝶閥的主軸及軸承的磨損,,延長了蝶閥主軸及軸承的檢修周期,,同時也保證了蝶閥的穩(wěn)定運(yùn)行,確保了水電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,。
若在含泥沙量較大的水電站使用蝶閥,,最好不要采用該種帶自關(guān)閉裝置的蝶閥,因?yàn)椴捎脦ё躁P(guān)閉裝置的蝶閥,,運(yùn)行時間長了以后,,隨著泥沙在閥軸和軸承之間的沉淀和軸承潤滑面的磨損,軸承摩擦因數(shù)增大引起摩擦阻力越來越大,,蝶閥最終將不會自行關(guān)閉,。這必將增加蝶閥檢修次數(shù),減少蝶閥使用壽命,,不利于水電站的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行,。