水輪發(fā)電機風(fēng)閘氣管路改造

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(zhuǎn)動部分總重量685.84t。風(fēng)閘是天津市津世達發(fā)電機設(shè)備有限公司生產(chǎn)的三活塞三腔偏心球面結(jié)構(gòu)風(fēng)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(fēng)閘。

2005年11月投入運行2年后，風(fēng)閘逐漸出現(xiàn)了蹩卡現(xiàn)象，對風(fēng)閘進行結(jié)構(gòu)改造，改造后的風(fēng)閘蹩卡現(xiàn)象沒有消除。分析是氣管里的氣水進入風(fēng)閘，造成風(fēng)閘內(nèi)部部件嚴(yán)重銹蝕，出現(xiàn)嚴(yán)重蹩卡故障，風(fēng)閘不能復(fù)位,需要人工撬下風(fēng)閘。

2 風(fēng)閘故障及結(jié)構(gòu)改造

2.1 風(fēng)閘故障

三活塞三腔偏心球面結(jié)構(gòu)風(fēng)閘，投產(chǎn)使用初期機組停機加閘或復(fù)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(fēng)閘活塞動作起落靈活。后期風(fēng)閘逐漸出現(xiàn)了蹩卡現(xiàn)象，不能自動復(fù)位，需要用撬棍撬下風(fēng)閘。嚴(yán)重蹩卡的風(fēng)閘拆除，吊出機坑分解檢查，兩個氣腔有水有油泥，風(fēng)閘內(nèi)部部件輕微銹蝕，活塞芯O型密封圈嚴(yán)重?fù)p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(fēng)閘結(jié)構(gòu)不合理見圖1。

2.2 風(fēng)閘結(jié)構(gòu)改造

2007年底在1號機組大修期間經(jīng)過與廠家協(xié)商溝通，由生產(chǎn)廠家出圖紙將24個風(fēng)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(fēng)閘中活塞復(fù)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(fēng)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(fēng)閘主管路上，分離風(fēng)閘管路里的氣水。

2.3 改造后的狀況

（1）改造后的風(fēng)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(yán)重，撬風(fēng)閘的次數(shù)增多，特別是建立油膜或機組大修頂轉(zhuǎn)子后，有的風(fēng)閘復(fù)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(fēng)閘。

圖2 風(fēng)閘改造后裝配示意

2011年11月1號機組小修期間，18、20號風(fēng)閘蹩卡嚴(yán)重、2號風(fēng)閘竄油、6號風(fēng)閘竄氣，分解檢查，風(fēng)閘缸體內(nèi)壁及活塞嚴(yán)重銹蝕；兩個氣腔內(nèi)有很多水；缸體內(nèi)壁嚴(yán)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(yán)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(fēng)閘制動柜周圍地面經(jīng)常有水，打開風(fēng)閘制動柜門，檢查是加閘或復(fù)位排氣管在排氣時，從排氣管里排出的水流入地面。

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

3 風(fēng)閘蹩卡故障原因分析

3.1 從拔風(fēng)閘活塞工藝分析

風(fēng)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(fēng)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(nèi)拔出下活塞，拔下活塞的過程中，經(jīng)常發(fā)生拔斷長螺桿焊接的M10螺栓。

根據(jù)計算風(fēng)閘的復(fù)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(fēng)閘活塞工藝過程可以看到，拔出中活塞，下活塞的力大于風(fēng)閘復(fù)位的力。

3.2 從分解風(fēng)閘的部件分析

風(fēng)閘部件檢查，缸體內(nèi)壁嚴(yán)重銹蝕，破壞了缸體內(nèi)壁光潔度，大大增加粗糙度，活塞在缸體內(nèi)壁的運動受到了阻力。由于缸體內(nèi)壁銹蝕程度不同，粗糙度也不同，缸體內(nèi)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(nèi)壁與活塞蹩卡，在壓力下?lián)p傷缸體內(nèi)壁，破壞O型密封圈。

3.3 從風(fēng)閘頂轉(zhuǎn)子實驗分析

高壓油泵頂轉(zhuǎn)子實驗，高壓油泵壓力在5MPa時，9、16、17號風(fēng)閘活塞不動，高壓油泵壓力升到6MPa，三個風(fēng)閘的活塞才逐個升起，每個風(fēng)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(zhuǎn)子高度3 mm，24個風(fēng)閘的頂力=風(fēng)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(zhuǎn)子高度還是3mm，24個風(fēng)閘的頂力=24×110×（222×3.14）/4≈1003t。按機組轉(zhuǎn)動部分總重量685.84t，24個風(fēng)閘頂力多出135～317t重量。

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

4 風(fēng)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(shè)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(jié)構(gòu)：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(nèi)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(fēng)閘之間，下?lián)躏L(fēng)板下的加閘和復(fù)位垂直氣管上。加閘氣水分離器的中間進排氣管與風(fēng)閘控制柜加閘進排氣管路連接，上端進排氣管與風(fēng)閘加閘進排氣環(huán)形管路連接。復(fù)位氣水分離器的中間進排氣管與風(fēng)閘控制柜復(fù)位進排氣管路連接，上端進排氣管與風(fēng)閘復(fù)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(fēng)閘控制柜進行操作風(fēng)閘加閘或復(fù)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(fēng)閘加閘或復(fù)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(jīng)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(jié)語

風(fēng)閘氣管路里含有水，是由于各方面的因素。通過設(shè)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(fēng)閘管路上，經(jīng)過風(fēng)閘控制柜操作，反復(fù)幾次加閘或復(fù)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(fēng)閘，風(fēng)閘缸體內(nèi)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(fēng)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].