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| 蝶閥封閉故障分析及處理方法 發(fā)布時(shí)間：23-03-25 |
蝶閥封閉故障分析及處理方法 1 故障蝶閥概況 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進(jìn)步了密封機(jī)能。閥門的密封設(shè)在下游側(cè)，密封面采用斜面結(jié)構(gòu)，因而有很好的密封機(jī)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(dòng)水作用在活門上的向上分力，而不能承受活門全關(guān)時(shí)的水推力。為增加活門在動(dòng)水封閉時(shí)的自封閉力矩，活門與閥體均按偏置設(shè)計(jì)，其幾何中央與滾動(dòng)中央偏移 50mm，增加了封閉的可靠性。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)，更換利便。 該閥布置 2 臺直徑 200mm 直缸搖晃式接力器，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。緊急切斷閥活塞與缸體問密封采用 O 形圈與聚四氟乙稀組合式密封圈；接力器缸內(nèi)設(shè)有二段封閉裝置和節(jié)流緩沖結(jié)構(gòu)，外部采用高壓軟管連接。控制系統(tǒng)。蝶閥的開啟采用閥門液壓控制裝置供油，推動(dòng)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(shí)，切換鎖錠油源脫開，蝶閥依賴自身所配置的 2 個(gè)重錘（各 3.5 t）和水力作用至活門全關(guān)，起到堵截水流和保護(hù)機(jī)組的作用。 2 故障現(xiàn)象 蝶閥封閉過程中，當(dāng)?shù)y封閉至全行程的約 95% 時(shí)，蝶閥轉(zhuǎn)臂（重錘）休止著落，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(gè)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，給水電站的檢驗(yàn)運(yùn)行帶來了較大的安全隱患。 3 原因分析 3.1 油管路方面 泛起這種現(xiàn)象有可能是因?yàn)榛赜凸苈放庞筒粫骋鸾恿ζ麝P(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)臂著落不能到達(dá)大行程，引起蝶閥關(guān)不到全關(guān)位置。 就此對操縱油管路進(jìn)行檢查，對于管路上的油閥門進(jìn)行分解檢查，確保操縱油管路暢通無阻。 3.2 接力器結(jié)構(gòu) 為了降低在封閉過程中接力器活塞沖擊接力器油底部的速度和壓力，在操縱接力器缸內(nèi)設(shè)有二段封閉裝置，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)流閥啟齒，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著落。同時(shí)，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，沒有顯著的效果，說明蝶閥不能到達(dá)全關(guān)位置的原因與操縱系統(tǒng)（操縱管路及接力器裝置）無關(guān)。 3.3 在蝶閥封閉過程中封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，蝶閥下緣逆水流封閉，動(dòng)水力矩 M 老是趨向使活門封閉，活門上的動(dòng)水壓力沿水流方向的分力 p 順?biāo)鞣较?，垂直分?P1 方向向上。 活門封閉時(shí)，水完全靜止，活門上承受靜水壓力。因?yàn)榛铋T上、下的位置差異，靜水壓力的作用中央在活門中央線以下，這樣，對于臥軸蝶閥活門，就產(chǎn)生了使活門滾動(dòng)的靜水力矩。 蝶閥處于接近全關(guān)的位置不能正常封閉。 在閥門操縱中，操縱機(jī)構(gòu)各滾動(dòng)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門。 根據(jù)設(shè)計(jì)工況，閥軸和鑄鋁青銅的摩擦因數(shù)一般取拜 μ=0.15，所以在高水頭 121.5m 時(shí)，蝶閥可以靠本身配置的重錘進(jìn)行自動(dòng)封閉。而要泛起蝶閥不能自動(dòng)封閉現(xiàn)象必需的前提是 μ＞0.27。因此可以得出以下結(jié)論： 蝶閥在運(yùn)行 2 年以后，在封閉時(shí)泛起了不同程度的關(guān)不到全關(guān)位置的現(xiàn)象。我們分析以為，泛起這種情況的原因有以下 2 點(diǎn)： （1）蝶閥在經(jīng)由 2 年多的運(yùn)行后，閥軸和軸承之間有可能泛起泥沙沉淀，導(dǎo)致閥軸和軸承之間的間隙減小，軸承摩擦因數(shù)增加。在閥門的封閉過程中，當(dāng)活門接近全關(guān)位置時(shí)，活門上、下游之間形成一個(gè)壓差，這個(gè)壓差會(huì)在閥軸上產(chǎn)生一個(gè)阻礙封閉的力矩，這個(gè)阻力矩與軸承的摩擦因數(shù)成正比，當(dāng)阻力矩大于閥門封閉力矩時(shí)會(huì)泛起上述現(xiàn)象。 （2）軸承經(jīng)由一段時(shí)間運(yùn)行后，軸承潤滑面可能有侵蝕，軸承泛起了磨損，摩擦因數(shù)增加，也會(huì)導(dǎo)致上述現(xiàn)象。 4 處理方法 （1）改變封閉蝶閥的操縱程序。在封閉蝶閥的同時(shí)，打開旁通閥，在關(guān)閥結(jié)束后，再封閉旁通閥。這樣，可以讓蝶閥在封閉過程中前、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，大大降低了封閉時(shí)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(gè)重錘的側(cè)面各預(yù)留有 4 個(gè) 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，從而增加蝶閥封閉時(shí)的重錘力矩，使蝶閥在軸承摩擦系數(shù)增大時(shí)也能順利封閉。 在以上 2 種方法中，假如采用第 2 種方法進(jìn)行改造，蝶閥可在一段時(shí)間內(nèi)比較順利地自行封閉，但運(yùn)行時(shí)間長了以后，跟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封閉，甚至需更換新軸承。因此，在考慮到處理上述題目的難度和電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在采用了修改蝶閥封閉流程的方法，如圖 1 所示（圖中灰色為改進(jìn)增加流程部門）。 5 實(shí)際應(yīng)用情況 芹山水電站蝶閥封閉流程經(jīng)由改進(jìn)后，在封閉的同時(shí)開啟旁通閥，對閥后充水。蝶閥在上、下游無水壓差的情況下封閉。在此過程中，基本消除了作用在活門上的靜水力矩，同時(shí)，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)行不亂，自行封閉正常，封閉效果良好。 同時(shí)考慮到機(jī)組過速時(shí)，因調(diào)速器主配壓閥拒動(dòng)，需使蝶閥封閉來防止機(jī)組過速。在這種方式下，為防止因?yàn)榉忾]蝶閥時(shí)開旁通閥造成機(jī)組轉(zhuǎn)速升高，在過速保護(hù)裝置動(dòng)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(dòng)作時(shí)，事故電磁閥也動(dòng)作，調(diào)速器主配壓閥快速朝關(guān)側(cè)動(dòng)作，封閉導(dǎo)葉，防止機(jī)組飛逸。 6 結(jié)束語 應(yīng)用該封閉流程的蝶閥，因?yàn)樵诜忾]時(shí)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驗(yàn)周期，同時(shí)也保證了蝶閥的不亂運(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，好不要采用該種帶自封閉裝置的蝶閥，由于采用帶自封閉裝置的蝶閥，運(yùn)行時(shí)間長了以后，跟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，蝶閥終將不會(huì)自行封閉。這必將增加蝶閥檢驗(yàn)次數(shù)，減少蝶閥使用壽命，不利于水電站的安全經(jīng)濟(jì)不亂運(yùn)行。
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