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        抽水蓄能電站主進(jìn)水閥操作時(shí)間異常分析與處理

        2021-11-15 10:19:36王煥河喬賀宏
        水電站機(jī)電技術(shù) 2021年10期
        關(guān)鍵詞:樞軸桿腔水閥

        王煥河,孫 政,徐 帥,田 凡,喬賀宏

        (1.湖北白蓮河抽水蓄能有限公司,湖北 黃岡 438600;2.天津水科機(jī)電有限公司,天津 301900)

        1 主進(jìn)水閥介紹

        湖北白蓮河抽水蓄能電站主進(jìn)水閥為球閥結(jié)構(gòu),名義直徑3 500 mm,設(shè)計(jì)靜水頭195 m,采用旁通管平壓,設(shè)有一道工作密封和一道檢修密封,通過雙缸雙向油壓接力器傳動(dòng)油壓力矩,接力器行程2 561 mm,兩側(cè)接力器分別裝配機(jī)械鎖定和液壓鎖定。主進(jìn)水閥作用有三點(diǎn),一是為水輪發(fā)電機(jī)組檢修提供防轉(zhuǎn)和截?cái)鄟硭踩胧欢菣C(jī)組長時(shí)間停備截?cái)嗌嫌蝸硭?,避免或減少因?qū)~漏水量造成的蠕動(dòng)和氣蝕破壞;三是為機(jī)組調(diào)相工況提供蝸殼段封水封氣條件,助力轉(zhuǎn)輪壓水、調(diào)相運(yùn)行成功。除此之外,還具有動(dòng)水緊急關(guān)閉功能,防止突發(fā)事故擴(kuò)大。

        圖1 主進(jìn)水閥結(jié)構(gòu)圖

        表1 主進(jìn)水閥參數(shù)

        2 故障現(xiàn)象

        (1)主進(jìn)水閥開、關(guān)時(shí)間異常

        2019年04月23日,執(zhí)行每周重點(diǎn)數(shù)據(jù)及曲線查詢例行工作時(shí),發(fā)現(xiàn)1號(hào)主進(jìn)水閥開啟時(shí)間為42 s,關(guān)閉時(shí)間為35 s,與正常開、關(guān)時(shí)間差別較大(備注:1號(hào)主進(jìn)水閥正常開啟時(shí)間為45~46 s,關(guān)閉時(shí)間為40~41 s)。

        (2)接力器活塞桿位置偏差

        現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)主進(jìn)水閥全關(guān)狀態(tài)下兩側(cè)接力器位置不一致,即油缸上部活塞桿外漏部分高度(圖2)存在差別,經(jīng)測量,機(jī)械鎖定側(cè)為223 mm,液壓鎖錠側(cè)為219 mm,兩側(cè)相差4 mm。對(duì)比2~4號(hào)機(jī)組,兩側(cè)相差0~1 mm。

        圖2 接力器活塞桿外露高度

        (3)接力器機(jī)械鎖定無法投入

        進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)接力器機(jī)械鎖定無法投入。拆除機(jī)械鎖定銷,發(fā)現(xiàn)拐臂鎖定孔與閥門本體鎖定孔存在錯(cuò)位,目測約1~2 mm(圖3)。

        圖3 銷孔錯(cuò)位照片

        3 原因分析

        (1)主進(jìn)水閥樞軸變形扭曲

        主進(jìn)水閥兩側(cè)接力器行程偏差可能原因?yàn)殚y體樞軸已經(jīng)發(fā)生扭曲,且變形很大,但是出現(xiàn)該情況必須由足夠大的外力對(duì)其造成破壞,近段時(shí)間內(nèi)未出現(xiàn)異常情況,況且如果樞軸扭曲必然會(huì)使工作密封偏心致封水不嚴(yán),使樞軸軸套偏磨致樞軸滲水等情況,所以基本排除樞軸變形扭曲原因。

        (2)活塞盤防松螺栓斷裂

        主進(jìn)水閥接力器活塞桿與活塞盤通過絲扣連接,為防止松動(dòng),在兩者底部結(jié)合區(qū)域鉆孔攻絲,裝配鎖定螺栓,如圖4項(xiàng)304,如果該螺栓斷裂卡至活塞盤與下端蓋之間,產(chǎn)生的結(jié)果和故障現(xiàn)象基本吻合。

        圖4 活塞盤防松螺栓裝配圖

        (3)截流閥閥芯脫落

        主進(jìn)水閥接力器無桿腔(開啟腔)供排油管路接口處裝配可調(diào)節(jié)截流閥,閥體結(jié)構(gòu)如圖5,閥芯受油壓方向控制可在閥體內(nèi)滑動(dòng)控制供油、回油流量,設(shè)計(jì)開口銷(項(xiàng)308)用于限位,防止閥芯脫落滑出。如果機(jī)械鎖定側(cè)接力器無桿腔截流閥閥芯脫落卡塞至活塞盤與下端蓋之間,產(chǎn)生的結(jié)果也和故障現(xiàn)象基本吻合。

        圖5 截流閥結(jié)構(gòu)圖

        為進(jìn)一步查明原因,對(duì)1號(hào)~4號(hào)主進(jìn)水閥現(xiàn)地開、關(guān)測試,測量主進(jìn)水閥接力器無桿腔在閥門關(guān)閉過程中背壓數(shù)值,如表2。

        表2 主進(jìn)水閥無桿腔背壓數(shù)據(jù)

        數(shù)據(jù)顯示,1號(hào)主進(jìn)水閥關(guān)閉過程中機(jī)械鎖定側(cè)接力器無桿腔壓力3 MPa,液壓鎖定側(cè)接力器無桿腔壓力6.2 MPa,通過與其他主進(jìn)水閥數(shù)據(jù)對(duì)比與分析,基本確認(rèn)1號(hào)主進(jìn)水閥機(jī)械鎖定側(cè)接力器無桿腔截流閥不具備調(diào)節(jié)回油流量功能,即主進(jìn)水閥關(guān)閉過程中機(jī)械鎖定側(cè)接力器無桿腔壓力油流速過快,導(dǎo)致該側(cè)接力器推、拉過快,球閥關(guān)閉、開啟時(shí)間變短。

        基于以上原因分析與排查,基本確定故障原因?yàn)闄C(jī)械鎖定側(cè)接力器無桿腔截流閥故障。

        4 處理過程

        (1)拆解截流閥

        拆除主進(jìn)水閥兩側(cè)接力器無桿腔油管路,檢查兩個(gè)截流閥。其中液壓鎖定側(cè)截流閥情況正常,動(dòng)作靈活。機(jī)械鎖定側(cè)截流閥閥芯脫落失蹤,可能竄入油缸內(nèi)部。

        (2)拆解缸體下端蓋

        繼續(xù)對(duì)機(jī)械鎖定側(cè)接力器進(jìn)行拆解,利用50 t液壓千斤頂通過承重螺栓將缸體頂起一定高度,發(fā)現(xiàn)閥芯在活塞盤與下端蓋之間,已壓縮變形。

        (3)取出損壞閥芯

        使用楔子板插入活塞盤與下端蓋之間,調(diào)整間隙后取出變形閥芯,并找到斷裂的開口銷殘?jiān)?/p>

        (4)閥芯回裝測試

        重新加工新的閥芯進(jìn)行組裝,全部回裝后進(jìn)行主進(jìn)水閥開、關(guān)測試,測試過程未發(fā)現(xiàn)異常情況,測試完成后檢查接力器上部活塞桿外漏部分恢復(fù)到正常高度(215 mm),機(jī)械鎖定可正常投入。主進(jìn)水閥關(guān)閉時(shí)機(jī)械鎖定側(cè)無桿腔壓力為4.4 MPa,液壓鎖定側(cè)無桿腔壓力為4.6 MPa,與其他主進(jìn)水閥一致。開、關(guān)動(dòng)作時(shí)間分別為45 s和40 s,恢復(fù)正常。全部數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi),缺陷消除。

        5 設(shè)計(jì)優(yōu)化思考

        截流閥設(shè)計(jì)不合理。開口銷最大受力點(diǎn)為閥芯限位溝兩點(diǎn),主進(jìn)水閥開、關(guān)致閥芯反復(fù)撞擊開口銷,易造成金屬損壞。針對(duì)設(shè)計(jì)弊端,優(yōu)化閥芯限位,由開口銷限位改為螺紋連接的限位環(huán)限位(圖6),優(yōu)化后的限位環(huán)受力均勻,安全可靠性大大提升。

        圖6 優(yōu)化后的截流閥

        6 結(jié)論

        本文以蓮蓄電站為例,系統(tǒng)闡述了主進(jìn)水閥開、關(guān)時(shí)間異常缺陷分析思路及處理過程,并對(duì)故障成因進(jìn)行實(shí)質(zhì)剖析和制定改進(jìn)措施。從設(shè)計(jì)、運(yùn)維管理、故障處理等角度,對(duì)同行業(yè)借鑒意義較大。

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