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.天津水科機電有限公司,天津 301900)
湖北白蓮河抽水蓄能電站主進水閥為球閥結構,名義直徑3 500 mm,設計靜水頭195 m,采用旁通管平壓,設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油壓力矩,接力器行程2 561 mm,兩側(cè)接力器分別裝配機械鎖定和液壓鎖定。主進水閥作用有三點,一是為水輪發(fā)電機組檢修提供防轉(zhuǎn)和截斷來水安全措施;二是機組長時間停備截斷上游來水,避免或減少因?qū)~漏水量造成的蠕動和氣蝕破壞;三是為機組調(diào)相工況提供蝸殼段封水封氣條件,助力轉(zhuǎn)輪壓水、調(diào)相運行成功。除此之外,還具有動水緊急關閉功能,防止突發(fā)事故擴大。
圖1 主進水閥結構圖
表1 主進水閥參數(shù)
(1)主進水閥開、關時間異常
2019年04月23日,執(zhí)行每周重點數(shù)據(jù)及曲線查詢例行工作時,發(fā)現(xiàn)1號主進水閥開啟時間為42 s,關閉時間為35 s,與正常開、關時間差別較大(備注:1號主進水閥正常開啟時間為45~46 s,關閉時間為40~41 s)。
(2)接力器活塞桿位置偏差
現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)主進水閥全關狀態(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。對比2~4號機組,兩側(cè)相差0~1 mm。
圖2 接力器活塞桿外露高度
(3)接力器機械鎖定無法投入
進一步檢查發(fā)現(xiàn)接力器機械鎖定無法投入。拆除機械鎖定銷,發(fā)現(xiàn)拐臂鎖定孔與閥門本體鎖定孔存在錯位,目測約1~2 mm(圖3)。
圖3 銷孔錯位照片
(1)主進水閥樞軸變形扭曲
主進水閥兩側(cè)接力器行程偏差可能原因為閥體樞軸已經(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其造成破壞,近段時間內(nèi)未出現(xiàn)異常情況,況且如果樞軸扭曲必然會使工作密封偏心致封水不嚴,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
主進水閥接力器活塞桿與活塞盤通過絲扣連接,為防止松動,在兩者底部結合區(qū)域鉆孔攻絲,裝配鎖定螺栓,如圖4項304,如果該螺栓斷裂卡至活塞盤與下端蓋之間,產(chǎn)生的結果和故障現(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,閥體結構如圖5,閥芯受油壓方向控制可在閥體內(nèi)滑動控制供油、回油流量,設計開口銷(項308)用于限位,防止閥芯脫落滑出。如果機械鎖定側(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)生的結果也和故障現(xiàn)象基本吻合。
圖5 截流閥結構圖
為進一步查明原因,對1號~4號主進水閥現(xiàn)地開、關測試,測量主進水閥接力器無桿腔在閥門關閉過程中背壓數(shù)值,如表2。
表2 主進水閥無桿腔背壓數(shù)據(jù)
數(shù)據(jù)顯示,1號主進水閥關閉過程中機械鎖定側(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,通過與其他主進水閥數(shù)據(jù)對比與分析,基本確認1號主進水閥機械鎖定側(cè)接力器無桿腔截流閥不具備調(diào)節(jié)回油流量功能,即主進水閥關閉過程中機械鎖定側(cè)接力器無桿腔壓力油流速過快,導致該側(cè)接力器推、拉過快,球閥關閉、開啟時間變短。
基于以上原因分析與排查,基本確定故障原因為機械鎖定側(cè)接力器無桿腔截流閥故障。
(1)拆解截流閥
拆除主進水閥兩側(cè)接力器無桿腔油管路,檢查兩個截流閥。其中液壓鎖定側(cè)截流閥情況正常,動作靈活。機械鎖定側(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)對機械鎖定側(cè)接力器進行拆解,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渣。
(4)閥芯回裝測試
重新加工新的閥芯進行組裝,全部回裝后進行主進水閥開、關測試,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到正常高度(215 mm),機械鎖定可正常投入。主進水閥關閉時機械鎖定側(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,與其他主進水閥一致。開、關動作時間分別為45 s和40 s,恢復正常。全部數(shù)據(jù)均在正常范圍內(nèi),缺陷消除。
截流閥設計不合理。開口銷最大受力點為閥芯限位溝兩點,主進水閥開、關致閥芯反復撞擊開口銷,易造成金屬損壞。針對設計弊端,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
本文以蓮蓄電站為例,系統(tǒng)闡述了主進水閥開、關時間異常缺陷分析思路及處理過程,并對故障成因進行實質(zhì)剖析和制定改進措施。從設計、運維管理、故障處理等角度,對同行業(yè)借鑒意義較大。