發(fā)電機(jī)風(fēng)閘不能正常復(fù)位的原因分析及討論

楊存勇，柴世強(qiáng)，余齊齊

（云南金江機(jī)電設(shè)備安裝檢修有限公司，云南 麗江 674100）

發(fā)電機(jī)風(fēng)閘不能正常復(fù)位的原因分析及討論

楊存勇，柴世強(qiáng)，余齊齊

（云南金江機(jī)電設(shè)備安裝檢修有限公司，云南 麗江 674100）

摘要：二灘水電廠水輪發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)采用機(jī)械制動(dòng)方式，承擔(dān)這一任務(wù)的風(fēng)閘共有24個(gè)，6個(gè)一組共分4組對(duì)稱(chēng)安裝在下機(jī)架支腿上。為保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)風(fēng)閘已磨損、老化的密封元件更換。密封元件更換后，5號(hào)機(jī)組的個(gè)別風(fēng)閘卻出現(xiàn)加閘后不能自動(dòng)回落復(fù)位的現(xiàn)象，為此，對(duì)導(dǎo)致這一缺陷產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析及討論。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)；風(fēng)閘；不能復(fù)位；原因分析

1　概述

二灘水電廠水輪發(fā)電機(jī)組的制動(dòng)采用機(jī)械制動(dòng)方式，承擔(dān)這一任務(wù)的風(fēng)閘共有24個(gè)，6個(gè)一組共分4組對(duì)稱(chēng)安裝在下機(jī)架支腿上。風(fēng)閘為雙缸結(jié)構(gòu)，除停機(jī)時(shí)通氣加閘制動(dòng)外，還擔(dān)負(fù)著檢修時(shí)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的油壓頂起和支撐任務(wù)。經(jīng)過(guò)近數(shù)年的運(yùn)行，風(fēng)閘的密封元件已磨損、老化，致使風(fēng)閘制動(dòng)時(shí)出現(xiàn)漏氣，頂起時(shí)發(fā)生漏油，已經(jīng)嚴(yán)重影響到了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。為消除這一隱患，機(jī)組年度的小修中，對(duì)2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、5號(hào)、6號(hào)機(jī)組的風(fēng)閘密封元件進(jìn)行了更換。密封元件更換后，風(fēng)閘加閘漏氣的現(xiàn)象已徹底消除，但是其中5號(hào)機(jī)組的個(gè)別風(fēng)閘卻出現(xiàn)加閘后不能自動(dòng)回落復(fù)位的不正?，F(xiàn)象，為了將導(dǎo)致這一缺陷產(chǎn)生的原因分析清楚，以提高風(fēng)閘檢修處理的質(zhì)量，現(xiàn)對(duì)風(fēng)閘不能正常下落的缺陷現(xiàn)象、處理過(guò)程、可能的影響因素進(jìn)行分析。

2　風(fēng)閘不能下落現(xiàn)象

5號(hào)發(fā)電機(jī)小修結(jié)束后2月2日投入運(yùn)行，2月26日開(kāi)始陸續(xù)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)制動(dòng)器不能正常下落的現(xiàn)象?，F(xiàn)場(chǎng)處理時(shí)借助輔助工具施以較小外力、稍加振動(dòng)后制動(dòng)器便自行落下。該缺陷在小修后機(jī)組投運(yùn)初期表現(xiàn)的較為普遍，下機(jī)架四個(gè)方向支腿上的四組制動(dòng)器均有一個(gè)出現(xiàn)過(guò)類(lèi)似的缺陷，不能復(fù)位的風(fēng)閘必須經(jīng)過(guò)人為的捅壓后才能得以回落復(fù)位。通過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行觀察統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)下機(jī)架－Y方向支腿外側(cè)中部的制動(dòng)器發(fā)生的頻次最高。

3　風(fēng)閘結(jié)構(gòu)介紹

風(fēng)閘為一閘雙缸結(jié)構(gòu)，下部單向進(jìn)氣、彈簧復(fù)位，結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單。風(fēng)閘活塞體上設(shè)一道動(dòng)密封，型式為組合式U型密封，材料為丁氰橡膠，用于阻擋活塞下腔介質(zhì)進(jìn)入上腔?；钊椎撞吭O(shè)一道靜密封，型式為O型，橡膠材料，防止活塞內(nèi)的介質(zhì)向外滲漏?；钊咨喜繅喊鍍?nèi)孔裝有銅的抗磨環(huán)，銅環(huán)內(nèi)裝一個(gè)防塵圈，防塵圈為軟毛氈材料制成，用于防止外部粉塵等異物進(jìn)入活塞上腔。在活塞缸的上部外側(cè)裝有一個(gè)呼吸器，活塞動(dòng)作時(shí)上腔的氣體經(jīng)呼吸器排出、吸入，使活塞動(dòng)作順暢。活塞體上部裝有一個(gè)預(yù)壓緊的彈簧，在活塞上移時(shí)彈簧再次被壓縮儲(chǔ)能，活塞下腔撤壓后彈簧在回復(fù)力的作用下將活塞下壓。在閘瓦托板的對(duì)角位置安裝有兩個(gè)Φ37mm導(dǎo)向柱，作用是制動(dòng)時(shí)限制閘板、彈簧等部件在制動(dòng)摩擦傾覆力矩作用下的過(guò)度傾斜，另外在風(fēng)閘起落時(shí)引導(dǎo)其起落軌跡，并調(diào)整活塞不同步時(shí)的偏差?；钊敳康穆菟▽㈤l瓦托板與其緊密聯(lián)結(jié)，使閘瓦隨活塞同步上下運(yùn)動(dòng)?？梢?jiàn)風(fēng)閘恢復(fù)下落的驅(qū)動(dòng)力來(lái)自活塞的自重、活塞頂部連接件的重量和受壓彈簧的回復(fù)力的聯(lián)合作用。

4　檢查處理情況

風(fēng)閘頻頻出現(xiàn)不能自行復(fù)位的現(xiàn)象，已經(jīng)影響了機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行，并增加了運(yùn)行人員的工作量。為了查找原因，3月8日對(duì)下機(jī)架+X方向外側(cè)俯視順時(shí)針第一個(gè)制動(dòng)器進(jìn)行了分解檢查，未發(fā)現(xiàn)明顯影響風(fēng)閘回落復(fù)位的異常情況。缺陷出現(xiàn)后，一方面進(jìn)行缺陷跟蹤觀察和原因分析，并在之后進(jìn)行的6號(hào)、4號(hào)機(jī)組小修工作中對(duì)制動(dòng)器主要配合尺寸進(jìn)行了測(cè)量，另一方面制作了專(zhuān)門(mén)用于捅制動(dòng)器的不同尺寸的捅條2根。5月20日，召開(kāi)了5號(hào)發(fā)電機(jī)風(fēng)閘不能自動(dòng)下落的原因分析會(huì)，初步討論了產(chǎn)生上述缺陷的影響因素，制定了《5號(hào)下機(jī)架－Y支腿外側(cè)中間制動(dòng)器檢查處理方案》。5月27日，對(duì)該制動(dòng)器進(jìn)行了更換，并根據(jù)檢查方案進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)分解檢查，仍然未發(fā)現(xiàn)明顯異常。在更換工作完畢后，進(jìn)行了停機(jī)狀態(tài)下的制動(dòng)器投退試驗(yàn)4次，－Y方向外側(cè)第二個(gè)制動(dòng)器均動(dòng)作良好，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)－X方向外側(cè)第三個(gè)制動(dòng)器出現(xiàn)2次不能自動(dòng)下落。隨后，充分利用申請(qǐng)停機(jī)的時(shí)間，從下午18：00到23：00，分別進(jìn)行了28次投退試驗(yàn)，其中包括一次開(kāi)機(jī)——停機(jī)后的檢查，除第一次和第二次停機(jī)狀態(tài)試驗(yàn)檢查中出現(xiàn)－X方向外側(cè)俯視順時(shí)針第一個(gè)制動(dòng)器和第三個(gè)制動(dòng)器不能正常下落情形各一次外，其它26次投退試驗(yàn)所有制動(dòng)器均動(dòng)作正常。

為了進(jìn)一步查清缺陷產(chǎn)生的原因，又分別進(jìn)行了下面幾項(xiàng)工作。

4.1彈簧性能測(cè)試

5月28日，再次對(duì)換下來(lái)的制動(dòng)器進(jìn)行了分解，測(cè)量了2個(gè)活塞和導(dǎo)向柱的零部件尺寸，并將彈簧拆卸后送至攀研院檢測(cè)中心進(jìn)行了性能測(cè)試。

為了相互比較，特地拆除了一個(gè)備品制動(dòng)器（舊的），將兩個(gè)制動(dòng)器的2組4個(gè)彈簧一起送至攀研院做了性能對(duì)比測(cè)試。

測(cè)試方法：選取試驗(yàn)載荷三個(gè)級(jí)別：196N，392N，588N，在試驗(yàn)臺(tái)上分別作用于4個(gè)彈簧，測(cè)量壓縮進(jìn)程和回彈回程位移量，進(jìn)行位移量對(duì)比。

測(cè)試結(jié)果：相同試驗(yàn)載荷下，4個(gè)彈簧壓縮進(jìn)程和回彈回程位移量無(wú)顯著差異，說(shuō)明4個(gè)彈簧力學(xué)性能基本一致。

由于備品制動(dòng)器以前使用過(guò)，彈簧并不是新的，所以測(cè)試結(jié)果不能進(jìn)行定量分析。

4.2制動(dòng)器零部件尺寸配合情況

將該制動(dòng)器活塞和導(dǎo)向柱等零部件尺寸測(cè)量后，與之前測(cè)量的6號(hào)、4號(hào)機(jī)組制動(dòng)器部分零部件尺寸進(jìn)行了對(duì)比。測(cè)量的尺寸包括：制動(dòng)器活塞缸內(nèi)徑、制動(dòng)器活塞外徑、導(dǎo)向孔內(nèi)徑、導(dǎo)向柱外徑。并以此計(jì)算活塞缸與活塞、導(dǎo)向孔與導(dǎo)向柱之間的配合總間隙，測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1　活塞和導(dǎo)向柱零部件尺寸對(duì)比表單位：mm

通過(guò)尺寸測(cè)量和對(duì)比發(fā)現(xiàn)：5號(hào)機(jī)組－Y方向外側(cè)第二個(gè)制動(dòng)器活塞缸與活塞之間配合尺寸相對(duì)于其它機(jī)組制動(dòng)器偏小，最小配合總間隙尺寸為0.12mm，單側(cè)間隙僅為0.06mm。造成配合總間隙尺寸較小的主要因素是活塞外徑尺寸偏大。

4.3其它檢查情況

分解該制動(dòng)器后檢查，發(fā)現(xiàn)配合總間隙尺寸較小，2號(hào)活塞缸有一處局部摩擦的痕跡較其它活塞缸略為明顯，并呈條塊形，痕跡表面略顯粗糙，但未有毛刺；其它部位檢查未發(fā)現(xiàn)制動(dòng)器托板有較大變形、活塞密封損壞、油缸內(nèi)有機(jī)械雜質(zhì)等異常情況。

5　原因分析

由于年度小修工作中對(duì)除1號(hào)機(jī)組以外的其它5臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了制動(dòng)器密封更換的工作，但制動(dòng)器不能正常下落的缺陷卻集中出現(xiàn)在5號(hào)機(jī)組，5月28日，2號(hào)機(jī)也出現(xiàn)了一次相同缺陷。通過(guò)對(duì)缺陷現(xiàn)象的觀察、對(duì)風(fēng)閘結(jié)構(gòu)的研究，并經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)拆卸檢查，對(duì)于造成風(fēng)閘不能自行下落復(fù)位的原因分析如下：

5.1新?lián)Q動(dòng)密封的影響

制動(dòng)器活塞的動(dòng)密封為組合式U型密封圈，U型口朝下安裝，當(dāng)機(jī)組停機(jī)制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器下腔通壓縮氣體，頂起制動(dòng)器閘瓦實(shí)施制動(dòng)，同時(shí)氣壓將U型密封圈緊緊壓在活塞缸壁上以保證不發(fā)生壓縮氣體泄漏；停機(jī)流程結(jié)束后，制動(dòng)器氣壓撤除，活塞在預(yù)壓彈簧及自重的作用下克服各種摩擦阻力自動(dòng)落下復(fù)位。一方面，由于該制動(dòng)器活塞缸與活塞之間配合尺寸相對(duì)于其它機(jī)組制動(dòng)器偏小，所以新?lián)Q的密封圈在活塞下落復(fù)位過(guò)程中產(chǎn)生的摩擦阻力較大；另一方面，由于密封圈在氣壓作用下，緊密貼在活塞缸壁上，將密封圈外圈表面與活塞缸內(nèi)壁表面之間的氣體擠盡，會(huì)出現(xiàn)真空狀態(tài)，使得結(jié)合更加緊密，而造成活塞下落復(fù)位開(kāi)始時(shí)的初始摩擦阻力增大。

5.2活塞缸與活塞配合間隙的影響

制動(dòng)器制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)器會(huì)承受較大的切向分力和一定的徑向分力的共同作用，制動(dòng)器活動(dòng)部分可以在導(dǎo)向孔和導(dǎo)向柱總間隙范圍內(nèi)產(chǎn)生側(cè)向移動(dòng)，且產(chǎn)生在兩個(gè)活塞和風(fēng)閘活動(dòng)支撐板構(gòu)成的構(gòu)架內(nèi)的微量偏轉(zhuǎn)是可以承受的，但這種側(cè)向移動(dòng)量和偏轉(zhuǎn)量都是微小的，而且與活塞缸配合部的活塞垂直方向圓弧型的設(shè)計(jì)，正常情況下不足以使活塞和活塞缸直接發(fā)生卡塞，但由于配合間隙小，在制動(dòng)偏轉(zhuǎn)力的作用下使得密封圈受到更大的壓縮，并且使活塞發(fā)生微量偏轉(zhuǎn)，即活塞發(fā)生傾斜，此時(shí)會(huì)對(duì)密封圈施加更大的擠壓作用，因而使得活塞與缸體間摩擦阻力增大，這樣就增加了活塞下落復(fù)位開(kāi)始時(shí)初始摩擦阻力，使活塞發(fā)生卡塞。

而此次檢查發(fā)現(xiàn)的2號(hào)活塞缸有一處較為明顯的條塊形摩擦痕跡，正是因?yàn)榕浜祥g隙小以及小修前活塞缸內(nèi)存有細(xì)小的雜質(zhì)，長(zhǎng)期運(yùn)行中在摩擦作用下產(chǎn)生的。

5.3其它影響因素

對(duì)比5臺(tái)機(jī)組風(fēng)閘更換密封后的運(yùn)行情況，發(fā)現(xiàn)只有5號(hào)機(jī)頻繁出現(xiàn)個(gè)別風(fēng)閘不能自行復(fù)位的現(xiàn)象，2號(hào)機(jī)組出現(xiàn)過(guò)一次，而其余3臺(tái)機(jī)組從沒(méi)發(fā)生過(guò)類(lèi)似的問(wèn)題，可見(jiàn)這樣的缺陷不是普遍性的，有一定的特殊性。回顧歷史運(yùn)行紀(jì)錄，我們發(fā)現(xiàn)5號(hào)機(jī)組曾經(jīng)在額定轉(zhuǎn)速下加投過(guò)風(fēng)閘，而2號(hào)機(jī)組也發(fā)生過(guò)一次50%額定轉(zhuǎn)速加閘制動(dòng)的情況。根據(jù)相關(guān)要求，制動(dòng)器加閘動(dòng)作時(shí)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)低于20%同步轉(zhuǎn)速，否則將會(huì)造成制動(dòng)瓦過(guò)度磨損，還可能引起有關(guān)部件的變形，從風(fēng)閘的結(jié)構(gòu)可以看出，過(guò)大切向力的作用會(huì)造成導(dǎo)向柱、彈簧、活塞的傾斜，會(huì)使導(dǎo)向柱、彈簧變形。另外在機(jī)組檢修頂起轉(zhuǎn)子后，在制動(dòng)器托板下部塞入鎖定板以承受轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量，這樣的支撐方式已經(jīng)造成托板普遍的拱曲變形，這些變形的不斷疊加，也可能會(huì)造成活塞回落卡阻，但這些影響還要在以后的運(yùn)行檢修中加以驗(yàn)證。

另外工作環(huán)境溫度、壓縮氣體潔凈度等一些客觀因素對(duì)于每臺(tái)機(jī)、每個(gè)制動(dòng)器來(lái)說(shuō)基本是相同的，不是造成此缺陷的直接影響因素。

綜上所述，在小修工作結(jié)束以后，陸續(xù)出現(xiàn)的制動(dòng)器不能正常下落的缺陷，經(jīng)過(guò)跟蹤分析和兩次分解檢查，原因已基本清楚：主要原因是由于該制動(dòng)器活塞與缸體的配合尺寸較小，更換新密封圈后，摩擦阻力較大造成的。

6　改進(jìn)建議

建議汛期結(jié)束后，在機(jī)組有停機(jī)機(jī)會(huì)時(shí)，多做5號(hào)機(jī)組制動(dòng)器起落試驗(yàn)，以加速新密封圈的磨損，減小摩擦力。

在以后的檢修中，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)所拆卸部件的檢查鑒定，對(duì)于有明顯變形的要查清原因，并做好后果預(yù)想。

在檢修中發(fā)現(xiàn)活塞上部的防塵圈基本失效，應(yīng)考慮購(gòu)買(mǎi)一定數(shù)量的防塵圈，在下次檢修中更換。

制動(dòng)器的卡阻不落、漏氣、漏油現(xiàn)象以前一直是困擾水電人的難題，進(jìn)入新世紀(jì)，隨著新技術(shù)新材料的出現(xiàn)，這一問(wèn)題已得到有效的解決?？傊ㄟ^(guò)搜集相關(guān)的資料，同時(shí)學(xué)習(xí)借鑒其它水電站單位的經(jīng)驗(yàn)，可以徹底解決這一問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]董益?zhèn)?，陳?水輪發(fā)電機(jī)組停機(jī)制動(dòng)風(fēng)閘撤下后發(fā)生自轉(zhuǎn)的原因分析[J].華電技術(shù)，2008（08）.

[2]陳愷，趙新然，何萬(wàn)成，等.白山300MW發(fā)電機(jī)改造[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2000（02）.

[3]劉松茂.發(fā)電機(jī)風(fēng)閘活塞改進(jìn)[J].水電站機(jī)電技術(shù)，1981（02）. [4]海森，丁江鳳，王中宏.新型風(fēng)閘控制系統(tǒng)在丹江電廠的應(yīng)用[J].水電站設(shè)計(jì)，2007（04）.

[5]潘道明，徐韜.隔河巖電廠防止高轉(zhuǎn)速下誤投電制動(dòng)和風(fēng)閘的方法和措施[J].華中電力，2008（06）.

[6]陳湘勻，李明.水輪發(fā)電機(jī)組盤(pán)式制動(dòng)的研究[C]//第十五次中國(guó)水電設(shè)備學(xué)術(shù)討論會(huì)論文集，2005.

中圖分類(lèi)號(hào)：TP273

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）06-0057-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.06.016

收稿日期：2015-05-05

作者簡(jiǎn)介：楊存勇（1982-），男，助理工程師，從事機(jī)電安裝工作。