曹立新，薛雪峰

(國(guó)投甘肅小三峽發(fā)電有限公司，甘肅 蘭州 730071)

0 引 言

大峽水電站是黃河上游梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第11座水電站，電站裝有4臺(tái)容量為75 MW的軸流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量300 MW，機(jī)組額定水頭23 m，額定轉(zhuǎn)速88.2 r/min,水輪機(jī)型號(hào)為ZZ(F23)-LH-700,電站于1998年6月竣工。保證出力143 MW,多年平均發(fā)電量14.65億kW·h。

水輪機(jī)軸承座上均布有4臺(tái)Φ300 mm的吸力式真空破壞閥(如圖1所示)，用于機(jī)組開(kāi)停機(jī)及甩負(fù)荷過(guò)程中，破壞頂蓋下出現(xiàn)的過(guò)大真空度，防止設(shè)備損壞及避免出現(xiàn)尾水管水倒流速度過(guò)快造成水輪發(fā)電機(jī)組的嚴(yán)重抬機(jī)現(xiàn)象。

圖1 真空破壞閥1.罩 2.彈簧 3.軸 4.軸套 5.閥體 6.密封環(huán) 7.密封板 8.閥盤(pán) 9.鎖定螺母 10.銷(xiāo)

真空破壞閥由彈簧、閥座、閥盤(pán)、閥軸、密封環(huán)、密封圈、軸套、罩筒等組成。軸套安裝在閥座中，與閥軸配合；閥盤(pán)安裝在閥軸下部，用彈簧的彈力使閥盤(pán)密封與密封環(huán)緊密接觸，阻止流道中的水流入到機(jī)組頂蓋內(nèi)。當(dāng)軸承座下部流道出現(xiàn)真空時(shí)，閥盤(pán)在大氣壓力的作用下推動(dòng)向下運(yùn)行，閥盤(pán)打開(kāi)，給機(jī)組流道補(bǔ)氣；當(dāng)作用在閥盤(pán)上大氣壓力與彈簧作用力相平衡時(shí)，閥盤(pán)停止運(yùn)行。軸承座下流道內(nèi)的真空度減小時(shí)，閥盤(pán)向上運(yùn)行直到全關(guān)[1-2]。

真空破壞閥設(shè)計(jì)動(dòng)作值為:當(dāng)作用在閥盤(pán)上的力(包括零件重量)超過(guò)834 N時(shí)(真空為0.075 kg/cm2)閥盤(pán)開(kāi)啟；當(dāng)作用有閥盤(pán)的上力(包括零件的重量)達(dá)到2 022 N時(shí)(真空為0.24 kg/cm2)閥盤(pán)全開(kāi)。

大峽水電站75 MW水輪發(fā)電機(jī)組真空破壞閥在運(yùn)行過(guò)程中多次出現(xiàn)因閥盤(pán)脫落、閥盤(pán)與閥座之間夾入異物、密封環(huán)緊固螺釘斷裂、軸套與閥軸抱死等故障，造成真空破壞閥刺水、機(jī)組水導(dǎo)軸承被淹、機(jī)組強(qiáng)迫停機(jī)事故的發(fā)生。筆者重點(diǎn)分析事故原因并提出相應(yīng)的處理方案及防范措施，為提高機(jī)組真空破壞閥的運(yùn)行可靠性提供參考。

1 問(wèn)題提出及原因分析[2-3]

(1) 2003年5月，電站2號(hào)機(jī)組十X方位真空破壞閥在運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)因閥盤(pán)固定螺母松動(dòng)掉落，導(dǎo)致閥盤(pán)脫落，頂蓋內(nèi)水大量刺出，致使水導(dǎo)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)油盆進(jìn)水，機(jī)組被迫停運(yùn)的故障。經(jīng)檢查，真空破壞閥閥盤(pán)緊固螺母鎖定方式設(shè)計(jì)為雙螺母自鎖鎖定方式，因閥盤(pán)在運(yùn)行中的強(qiáng)烈振動(dòng)，導(dǎo)致閥盤(pán)緊固螺母松動(dòng)掉落。

(2) 2003年8月，電站2號(hào)機(jī)組-X方位真空破壞閥在運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)生閥盤(pán)與閥座之間夾雜異物，導(dǎo)致頂蓋下水刺出致使機(jī)組被迫停運(yùn)的故障。經(jīng)檢查，真空破壞閥在正常動(dòng)作復(fù)位時(shí)有異物夾在閥盤(pán)與閥座之間，造成閥盤(pán)不能正常復(fù)歸。真空破壞閥閥座設(shè)在水輪機(jī)軸承座上，閥座下部軸承座過(guò)流面上焊接有能阻擋水中大塊異物進(jìn)入閥座內(nèi)的隔板。長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，隔板被汽蝕損壞，大塊異物進(jìn)入閥座，當(dāng)真空破壞閥動(dòng)作時(shí)夾在閥盤(pán)與閥座之間。

(3) 2004年7月，電站3號(hào)機(jī)-Y方向一只真空破壞閥在運(yùn)行過(guò)程中，因密封環(huán)固定螺栓全部損壞，導(dǎo)致密封環(huán)移位，閥盤(pán)不能正常復(fù)歸，造成頂蓋內(nèi)水大量刺出，導(dǎo)致設(shè)備停運(yùn)的故障。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)真空破壞閥密封環(huán)與閥體的8個(gè)M8*16連接螺絲已全部斷裂或脫落，其中有4只螺絲斷裂的斷口有陳舊的痕跡，說(shuō)明部分螺絲在早期已出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象。

(4) 2004年10月，電站2號(hào)機(jī)-X方向一只真空破壞閥在機(jī)組停機(jī)過(guò)程中，出現(xiàn)因閥軸與軸套抱死，真空破壞閥動(dòng)作后,不能正常復(fù)歸，導(dǎo)致頂蓋內(nèi)水大量刺出的故障。閥體解體后檢查發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)故障的這臺(tái)真空破壞閥軸套為聚四氟乙烯材質(zhì)的尼龍軸套，尼龍軸套長(zhǎng)期與水接觸出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，導(dǎo)致軸套與閥軸抱死。

2 處理及防范措施

(1) 真空破壞閥在機(jī)組開(kāi)停機(jī)過(guò)程中，動(dòng)作頻繁，振動(dòng)強(qiáng)烈，極易引起真空破壞閥各部固定件的松動(dòng)。為此將原閥盤(pán)雙螺母自鎖鎖定方式改為柱銷(xiāo)鎖定。

(2) 真空破壞閥閥座下部安裝的隔板，采用普通鋼板制作，抗汽蝕能力差，易于損壞。為防止水中大塊異物再次卡在真空破壞閥閥盤(pán)之間，將閥座下部的隔板更換為抗汽蝕能力更強(qiáng)的不銹鋼板，確保真空破壞閥的正常工作。

(3) 真空破壞閥密封環(huán)固定使用鍍鋅螺釘，螺釘在水中長(zhǎng)時(shí)間使用，易出現(xiàn)銹蝕，從而削弱其使用強(qiáng)度。在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，頂蓋的振動(dòng)、水流的作用及真空破壞閥強(qiáng)烈動(dòng)作的影響，導(dǎo)致螺釘松動(dòng)、斷裂?，F(xiàn)將密封環(huán)固定螺釘更換為強(qiáng)度更好且耐腐蝕的不銹鋼螺釘,并對(duì)其采用防松動(dòng)措施，防止運(yùn)行中再次出現(xiàn)連接螺釘腐蝕斷裂及松動(dòng)掉落的現(xiàn)象。

(4) 對(duì)真空破壞閥尼龍軸套進(jìn)行更換,更換為使用性能更好的鋼背聚甲醛材質(zhì)的軸套,并對(duì)閥軸與軸套的配合間隙重新進(jìn)行配做。將原來(lái)的配合間隙值由原來(lái)的0.030～0.046 mm調(diào)整為0.014～0.030 mm，確保閥軸的可靠動(dòng)作，也阻止水中臟物進(jìn)行閥軸與軸套的配合間隙內(nèi)，避免閥軸再次出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象。

(5) 為確保機(jī)組真空破壞閥的運(yùn)行可靠性，在原真空破壞閥外部，又設(shè)計(jì)制作安裝了 1套浮球式的防返水裝置(如圖2所示)。該裝置設(shè)計(jì)安裝有4個(gè)直徑為Φ160的不銹鋼浮球，在正常情況下,這4只浮球處于下落位置。當(dāng)真空破壞閥運(yùn)行中因故障大量刺水時(shí)，4只浮球在水的浮力作用下浮起，阻止機(jī)組頂蓋內(nèi)水刺出，當(dāng)機(jī)組頂蓋內(nèi)出現(xiàn)真空需補(bǔ)氣時(shí)，浮球下落進(jìn)行補(bǔ)氣。防返水裝置在設(shè)計(jì)時(shí)，計(jì)算裝置頂部的四個(gè)開(kāi)孔的尺寸滿(mǎn)足真空破壞閥全開(kāi)時(shí)的進(jìn)氣量；當(dāng)防返水裝置內(nèi)充滿(mǎn)水時(shí)，浮球及外筒能確保承受0.9 MPa水壓力 (機(jī)組頂蓋下最大運(yùn)行水壓力為0.30 MPa)，各部檢查無(wú)變形及滲漏等異?，F(xiàn)象。整個(gè)裝置作為后備保護(hù)安裝在真空破壞閥的外部。

圖2 浮球式防返水裝置1.密封 2.浮球 3.筒體 4.真空破壞閥 5.連接板 6.支座

(6) 加強(qiáng)巡檢質(zhì)量，檢查真空破壞閥及防返水裝置各部螺栓有無(wú)松動(dòng)、密封是否完好、浮球有無(wú)變形等異?，F(xiàn)象。在機(jī)組定修過(guò)程中，分解、拆出真空破壞閥及防返水裝置，對(duì)各部件進(jìn)行詳細(xì)檢查，對(duì)存在變形、損壞的部件進(jìn)行更換。真空破壞閥檢修完成后，按設(shè)計(jì)壓力值進(jìn)行模擬真空度試驗(yàn)，確保設(shè)備工作正常。

3 結(jié) 語(yǔ)

對(duì)大峽水電站水輪發(fā)電機(jī)組真空破壞閥出現(xiàn)的多次運(yùn)行故障進(jìn)行原因分析,有針對(duì)性地進(jìn)行了故障處理，并采取了相應(yīng)防范措施。特別是在真空破壞閥防返水裝置的設(shè)計(jì)、安裝后，極大地提高了真空破壞閥設(shè)備的運(yùn)行可靠性。經(jīng)過(guò)以上措施的實(shí)施及防返水裝置的設(shè)計(jì)、安裝，電站在近十年多時(shí)間的運(yùn)行中，再未出現(xiàn)過(guò)因真空破壞閥故障導(dǎo)致機(jī)組強(qiáng)迫停運(yùn)事故的發(fā)生，證明以上對(duì)真空破壞閥故障處理及防返水裝置的設(shè)計(jì)是成功的，這對(duì)同行業(yè)類(lèi)似設(shè)備檢修維護(hù)、改進(jìn)設(shè)計(jì)及應(yīng)用等有積極的借簽意義。