張慶賀1，張 淼2

（1.海委引灤工程管理局潘家口水電廠，河北 遷西 064309；2.天津軍糧城發(fā)電有限公司，天津 300300）

1 概況

潘家口水電廠1號機組是全傘式水輪發(fā)電機組，型號：ST150-60/180；機組轉動部分總重量685.84t。風閘是天津市津世達發(fā)電機設備有限公司生產的三活塞三腔偏心球面結構風閘，型號：ZL220-QPD-F；下活塞和中活塞大直徑φ220mm；中活塞小直徑φ160mm；最大工作行程35mm；共有12組24個風閘。

2005年11月投入運行2年后，風閘逐漸出現(xiàn)了蹩卡現(xiàn)象，對風閘進行結構改造，改造后的風閘蹩卡現(xiàn)象沒有消除。分析是氣管里的氣水進入風閘，造成風閘內部部件嚴重銹蝕，出現(xiàn)嚴重蹩卡故障，風閘不能復位,需要人工撬下風閘。

2 風閘故障及結構改造

2.1 風閘故障

三活塞三腔偏心球面結構風閘，投產使用初期機組停機加閘或復位，無漏氣現(xiàn)象。推力瓦建立油膜或機組大修，無漏油現(xiàn)象，風閘活塞動作起落靈活。后期風閘逐漸出現(xiàn)了蹩卡現(xiàn)象，不能自動復位，需要用撬棍撬下風閘。嚴重蹩卡的風閘拆除，吊出機坑分解檢查，兩個氣腔有水有油泥，風閘內部部件輕微銹蝕，活塞芯O型密封圈嚴重損壞，活塞芯固定螺絲松動。分析原因是活塞芯的問題，造成了上活塞不能靠自重下落，是風閘結構不合理見圖1。

2.2 風閘結構改造

2007年底在1號機組大修期間經過與廠家協(xié)商溝通，由生產廠家出圖紙將24個風閘全部拆除，吊出發(fā)電機層運到機加工車間，取消活塞芯，在上活塞中心鉆通孔，取消芯套，在中活塞中心鉆孔攻絲，用M20×160螺栓將上活塞與中活塞連接，風閘中活塞復位腔給氣壓下落時，中活塞通過M20螺栓帶動上活塞下落。并加工一個支撐板安裝上活塞孔上，支撐風閘偏心球面。裝配后保證下活塞，中活塞升起到位時，螺栓頂面有余留間隙，防止頂面碰上支撐板見圖2。

另外購置一個臥式氣水分離器自動排水裝置，安裝在空壓機室里的風閘主管路上，分離風閘管路里的氣水。

2.3 改造后的狀況

（1）改造后的風閘運行了一段時間，蹩卡現(xiàn)象還是出現(xiàn)，隨著運行時間越長久，蹩卡現(xiàn)象越嚴重，撬風閘的次數(shù)增多，特別是建立油膜或機組大修頂轉子后，有的風閘復位腔加低壓氣0.7～0.8MPa時，還需要兩個工作人員各持一根長撬棍，對稱同時用力撬，才能撬下風閘。

圖2 風閘改造后裝配示意

2011年11月1號機組小修期間，18、20號風閘蹩卡嚴重、2號風閘竄油、6號風閘竄氣，分解檢查，風閘缸體內壁及活塞嚴重銹蝕；兩個氣腔內有很多水；缸體內壁嚴重坑洼不平；中、下活塞密封槽塞滿了油泥；O型密封圈扭曲變形損傷嚴重。

（2）在空壓機室里檢查臥式氣水分離器自動排水裝置時，自動排水閥下面的接水器里，沒有看到排出的水。

（3）風閘制動柜周圍地面經常有水，打開風閘制動柜門，檢查是加閘或復位排氣管在排氣時，從排氣管里排出的水流入地面。

（4）風閘回裝就位，用0.7～0.8MPa低壓氣，作風閘加閘或復位氣管接頭實驗，24個風閘起落實驗，氣管接頭無漏氣，風閘起落正常。用高壓油泵作風閘油管接頭和頂轉子實驗，出現(xiàn)高壓油泵壓力在5MPa時，9、16、17號風閘活塞不動，高壓油泵壓力升到6MPa，三個風閘的活塞才逐個升起。高壓油泵壓力升到9MPa，頂起轉子高度3mm，高壓油泵壓力升到11MPa，轉子高度還是3mm，大大超出檢修規(guī)程的要求（正常頂轉子，高壓油泵壓力7～8MPa，高度8～10mm）。立即停止頂轉子工作，對發(fā)電機和水輪機進行認真檢查，未發(fā)現(xiàn)異常。

3 風閘蹩卡故障原因分析

3.1 從拔風閘活塞工藝分析

風閘檢修時，每次拔活塞，上活塞對稱擰上兩個螺栓，一個人用手就能拔出上活塞。拔出中活塞，需用一套專用工具架，將專用工具架的兩根M20長螺桿一頭焊接的M10螺栓，擰進中活塞的兩個螺絲孔，風閘缸體上中間橫放入一塊堅固墊板，中間支撐一個10t千斤頂，頂住專用工具架，用壓桿壓千斤頂才能慢慢拔出中活塞。拔出下活塞比中活塞難度更大，專用工具架對稱方向，各支撐一個10t千斤頂，用鋼板尺測量專用工具架兩頭尺寸高度一致，活塞4個方向深度尺寸一致，用壓桿壓千斤頂，對稱方向用力均勻，才能從缸體內拔出下活塞，拔下活塞的過程中，經常發(fā)生拔斷長螺桿焊接的M10螺栓。

根據(jù)計算風閘的復位力=〔（D12×π/4）－（D22×π/4）〕×P=〔（222×3.14/4）-（162×3.14/4）〕×0.8 MPa≈1432kg。

式中：D1-中活塞大直徑

D2-中活塞小直徑

P-低壓氣壓力

從拔出風閘活塞工藝過程可以看到，拔出中活塞，下活塞的力大于風閘復位的力。

3.2 從分解風閘的部件分析

風閘部件檢查，缸體內壁嚴重銹蝕，破壞了缸體內壁光潔度，大大增加粗糙度，活塞在缸體內壁的運動受到了阻力。由于缸體內壁銹蝕程度不同，粗糙度也不同，缸體內壁坑洼深淺程度不同，摩擦力有大有小，活塞隨著摩擦力大小不同出現(xiàn)傾斜運動，造成缸體內壁與活塞蹩卡，在壓力下?lián)p傷缸體內壁，破壞O型密封圈。

3.3 從風閘頂轉子實驗分析

高壓油泵頂轉子實驗，高壓油泵壓力在5MPa時，9、16、17號風閘活塞不動，高壓油泵壓力升到6MPa，三個風閘的活塞才逐個升起，每個風閘蹩卡的頂力=頂起壓力×單個活塞截面積=60×（222×3.14）/4≈24t。高壓油泵壓力升到9MPa，頂起轉子高度3 mm，24個風閘的頂力=風閘數(shù)量×頂起壓力×單個活塞截面積=24×90×（222×3.14）/4≈821t。高壓油泵壓力升到11MPa，頂起轉子高度還是3mm，24個風閘的頂力=24×110×（222×3.14）/4≈1003t。按機組轉動部分總重量685.84t，24個風閘頂力多出135～317t重量。

風閘結構不合理，不是造成嚴重蹩卡現(xiàn)象的主要原因。風閘部件嚴重銹蝕，破壞了風閘缸體與活塞配合間隙，損壞部件，是造成嚴重蹩卡的主要原因。嚴重的銹蝕，是由風閘氣管里的氣水進入風閘長期浸泡，腐蝕部件造成的。

4 風閘蹩卡故障解決方法

2011年11月根據(jù)現(xiàn)場位置考察實際空間大小尺寸，并設計自制兩個符合要求的立式氣水分離器電子排水裝置。

（1）自制裝置結構：由自制的氣水分離器和購置的JDV-16B系列數(shù)字式電子排水閥組成。

氣水分離器由罐體和兩個氣水分離器板組成，分離器板裝在罐體內傾斜45°角，分上下兩層方向相反搭接，氣水分離器板底部有進氣孔，周圍與罐體焊接，氣水分離器罐體下端成錐形，有排水管與電子排水閥連接，上端、中間有進排氣管見圖3。

圖3 氣水分離器電子排水裝置

JDV-16B數(shù)字式電子排水閥，是創(chuàng)新的數(shù)字式定時器，實現(xiàn)壓縮空氣系統(tǒng)冷凝水的定時自動排放。間隔時間(OFF)0.5～99min,排放時間(ON)0.5～99s。電源電壓:110～230VAC/DC50/60Hz,電流消耗最大4mA。環(huán)境溫度-20℃～+60℃。進/出接口1/2吋,流量孔徑4mm。

（2）連接方式：2個立式氣水分離器和2個電子排水裝置，分別安裝在2號和3號風閘之間，下?lián)躏L板下的加閘和復位垂直氣管上。加閘氣水分離器的中間進排氣管與風閘控制柜加閘進排氣管路連接，上端進排氣管與風閘加閘進排氣環(huán)形管路連接。復位氣水分離器的中間進排氣管與風閘控制柜復位進排氣管路連接，上端進排氣管與風閘復位進排氣環(huán)形管路連接見圖4。

圖4 氣水分離器電子排水裝置管路連接示意圖

（3）運行過程：風閘控制柜進行操作風閘加閘或復位運行時，氣管里的氣水通過氣水分離器中間進排氣管，進入氣水分離器下腔，進行氣水分離，分離過后的氣，從下層氣水分離器板底部進氣孔，進入氣水分離器中腔，進行氣水分離，分離過后的氣，再從上層氣水分離器板底部進氣孔，進入氣水分離器上腔，進行氣水分離，分離過后的氣，通過氣水分離器上端進排氣管，將氣輸送到風閘加閘或復位環(huán)形管路。氣水分離器上腔、中腔、下腔分離的水，順著傾斜45°角的氣水分離板流入氣水分離器罐體下端，通過排水管經電子排水閥定時自動排放，排放時間（ON）10s，間隔時間（OFF）90min見圖3、圖4。

5 結語

風閘氣管路里含有水，是由于各方面的因素。通過設計自制的氣水分離器電子排水裝置，安裝在位置比較合適的風閘管路上，經過風閘控制柜操作，反復幾次加閘或復位實驗后，每次都能從電子排水閥排出水。2012年3月檢修9號風閘，風閘缸體內沒有發(fā)現(xiàn)有水，說明氣水分離器電子排水裝置起到了作用。本文的改造方法對于其他電站風閘出現(xiàn)的類似問題，可以作為參考。

[1]潘家口水力發(fā)電廠.機械檢修規(guī)程[Z].