蓮湖泵站電動(dòng)真空破壞閥漏氣故障分析及處理

雷遠(yuǎn)輝

(廣東粵港供水有限公司, 廣東 深圳 518021)

1 概 述

東深供水工程是為香港、深圳和工程沿線的東莞城鎮(zhèn)提供原水的大型跨流域調(diào)水工程。蓮湖泵站是東深供水工程4期改造后的2級(jí)主干泵站，裝機(jī)8臺(tái)(6用2備)。泵站總設(shè)計(jì)流量100 m3/s，其中水泵是泵站的核心設(shè)備，由日本EBARA公司設(shè)計(jì)，是與長(zhǎng)沙水泵廠合作制造的立式液壓全調(diào)節(jié)抽芯式混流泵，型號(hào)2600VZKNM，設(shè)計(jì)揚(yáng)程為17.5 m，設(shè)計(jì)流量為16.7 m3/s。水泵驅(qū)動(dòng)設(shè)備選用了東方電機(jī)廠生產(chǎn)的4臺(tái)TLJ2600—24型同步電機(jī)與4臺(tái)YLS2600—24型異步電機(jī)。

水泵機(jī)組采用的斷流方式為真空破壞閥斷流方式[1]，為保證可靠的斷流，在水泵機(jī)組出水流道駝峰頂上設(shè)置了2組真空破壞閥：一組為電動(dòng)真空破壞閥，使用電動(dòng)控制，同時(shí)具備手動(dòng)操作打開(kāi)的功能。另一組為氣動(dòng)真空破壞閥，使用氣壓控制。

在機(jī)組剛啟動(dòng)時(shí)，由于虹吸管內(nèi)水位升高，管內(nèi)空氣受到壓縮，產(chǎn)生正壓，氣動(dòng)真空破壞閥能自動(dòng)打開(kāi)，放出一部分空氣，減少管內(nèi)的正壓，降低水泵啟動(dòng)揚(yáng)程。

在機(jī)組停機(jī)時(shí)，真空破壞閥自動(dòng)打開(kāi)，將壓縮空氣放進(jìn)虹吸管內(nèi)，虹吸被破壞，管內(nèi)水位很快降低，繼續(xù)向管內(nèi)補(bǔ)氣，防止出口處的水翻過(guò)駝峰而形成反向虹吸。

在機(jī)組檢修時(shí)，打開(kāi)電動(dòng)真空破壞閥，防止因出口處水位較高，水流有可能翻越駝峰形成反向虹吸。

2 電動(dòng)真空破壞閥的現(xiàn)狀

2.1 電動(dòng)真空破壞閥體機(jī)械部分的結(jié)構(gòu)特征

電動(dòng)真空破壞閥體外形為扁壺狀(見(jiàn)圖1)，閥體分為外腔(空氣腔)與內(nèi)腔(水腔)兩部分，兩閥瓣串在閥軸上，閥軸兩端由閥體兩側(cè)閥蓋內(nèi)的自潤(rùn)滑軸承支承，閥軸一端與電磁鐵機(jī)構(gòu)連接，另一端有調(diào)節(jié)螺桿，可調(diào)節(jié)閥軸滑移行程。

在泵組運(yùn)行工作時(shí)，電磁鐵吸合使閥軸兩閥瓣的橡膠密封圈壓合在內(nèi)腔的兩閥座上，隔斷閥體內(nèi)腔與外腔。在泵組停止運(yùn)行時(shí)，電磁鐵松開(kāi)，在彈簧作用下，閥軸右移，兩閥瓣脫離閥座，內(nèi)腔與外腔連通，空氣即可進(jìn)入輸水管內(nèi)，破壞虹吸。在電動(dòng)真空破壞閥自動(dòng)控制功能失效，閥瓣未能正常開(kāi)啟的狀態(tài)下，可以通過(guò)手動(dòng)操作機(jī)構(gòu)強(qiáng)制開(kāi)啟，使閥軸右移；兩閥瓣脫離閥座，內(nèi)腔與外腔連通，空氣即可進(jìn)入輸水管內(nèi)，破壞虹吸。閥體的密封形式為斜壓密封件，通過(guò)閥瓣將密封件強(qiáng)制擠壓在閥座的斜口面上形成密封。

2.2 電動(dòng)真空破壞閥頻繁出現(xiàn)漏氣故障的情況

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，各臺(tái)機(jī)組電動(dòng)真空破壞閥平均每間隔3個(gè)月都會(huì)出現(xiàn)不同程度的漏氣，導(dǎo)致虹吸式出水流道密封不嚴(yán)實(shí)[1]。在對(duì)電動(dòng)真空破壞閥的檢修中發(fā)現(xiàn)，出現(xiàn)漏氣的機(jī)組普遍是閥瓣密封圈出現(xiàn)老化開(kāi)裂(見(jiàn)圖2)。通過(guò)更換密封圈后，破壞閥漏氣問(wèn)題得到暫時(shí)解決或改善，但運(yùn)行一段時(shí)間后漏氣問(wèn)題仍然反復(fù)出現(xiàn)，檢修后改善效果不大。

2.3 真空破壞閥漏氣故障對(duì)機(jī)組運(yùn)行存在很大的危害

(1)由于漏氣，會(huì)使得虹吸流道真空狀態(tài)受到破壞，導(dǎo)致水泵揚(yáng)程增加；相應(yīng)電機(jī)功率增加和流量減少(主要是流量減少)，從而導(dǎo)致機(jī)組的效率降低。根據(jù)漏氣量的不同，效率降低的程度有所不同。

(2)真空破壞閥漏氣會(huì)導(dǎo)致水泵揚(yáng)程增大，電機(jī)功率增加，電機(jī)的運(yùn)行工況變差。

(3)由于揚(yáng)程的增加，水泵運(yùn)行工況變差。

圖1 DN400電動(dòng)真空破壞閥

圖2 密封圈老化開(kāi)裂

3 故障原因分析

結(jié)合真空破壞閥的運(yùn)行情況、漏氣故障處理檢修經(jīng)驗(yàn)及其結(jié)構(gòu)特征綜合分析，漏氣產(chǎn)生的主要原因有2個(gè)：閥瓣與閥座配合間隙達(dá)不到密封的要求，密封圈老化開(kāi)裂。造成這2個(gè)原因的主要因素有如下5點(diǎn)：

(1)2個(gè)閥瓣距離與缸體距離不一致，2個(gè)閥瓣不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)密封。

(2)主軸中心與缸體中心線不一致，造成閥瓣密封面與止動(dòng)板中心出現(xiàn)偏差，密封面局部出現(xiàn)間隙。

(3)閥瓣密封面與主軸中心不垂直，致使密封面不能全部實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙，密封面局部出現(xiàn)漏氣。

(4)橡膠密封圈是橡膠制品，存在容易老化的問(wèn)題。

(5)由于閥體密封圈在密封關(guān)閉過(guò)程中，電磁力較大，密封圈需要承載一定的沖擊力，所以關(guān)閉過(guò)程中會(huì)損壞密封圈。如果2個(gè)密封圈不同步，只有1個(gè)密封圈(或局部)受力，密封圈更容易損壞。

4 故障處理方案及具體實(shí)施步驟

4.1 處理方案

方案1：增大密圈外徑，改變密封形式[2]，將斜面密封改為平面密封；更換密封件材質(zhì)，將橡膠材質(zhì)改為硅膠材質(zhì)。

方案2：改造閥座的結(jié)構(gòu)，改變密封形式，將斜面密封改為平面密封；更換密封件材質(zhì)，將橡膠材質(zhì)改為硅膠材質(zhì)。

方案3：更換新設(shè)備，密封形式為平面密封，使用性能更好的密封件。

以上3個(gè)方案均能解決漏氣的問(wèn)題，綜合費(fèi)用、工期、實(shí)施難度3個(gè)條件分析(見(jiàn)表1)，方案1實(shí)施起來(lái)成本最小，工期最短，實(shí)施難度最小。為保障泵站的正常生產(chǎn)，機(jī)組的可靠運(yùn)行，最終選擇方案1實(shí)施。

表1 電動(dòng)真空破壞閥漏氣處理方案比較

4.2 方案1的實(shí)施技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

為確保方案1的有效實(shí)施，在結(jié)合以往檢修經(jīng)驗(yàn)的情況下特制定了2項(xiàng)安裝的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：

(1)調(diào)整密封圈的壓縮量，控制密封圈至壓板外沿距離6 mm，偏差<1 mm(見(jiàn)圖3)。

(2)測(cè)量閥瓣與閥座的配合間隙(見(jiàn)圖4)，間隙<0.10 mm。

圖3 閥瓣安裝新的硅膠材質(zhì)的密封圈

圖4 配合間隙測(cè)量

4.3 方案1實(shí)施需要解決的基本問(wèn)題

解決2個(gè)閥瓣密封同時(shí)無(wú)間隙接觸的處理辦法是通過(guò)調(diào)整閥瓣隔撐的長(zhǎng)度和在閥軸限位處加墊實(shí)現(xiàn)的，在真空破壞閥關(guān)閉狀態(tài)，使用塞尺測(cè)量閥瓣的配合間隙(見(jiàn)圖5)。

圖5 DN400電動(dòng)真空破壞閥結(jié)構(gòu)

(1)如果閥瓣1存在間隙，說(shuō)明閥瓣隔撐長(zhǎng)度不夠，可以通過(guò)加墊方式處理，從而增加2個(gè)閥瓣的距離。

(2)如果閥瓣2存在間隙，說(shuō)明閥瓣支撐過(guò)長(zhǎng)，需要拆除隔撐，將隔撐進(jìn)行加工，縮短其長(zhǎng)度。

(3)如果閥瓣1、2都存在間隙，說(shuō)明閥軸(靠閥瓣2)的限位不足，需要通過(guò)加墊來(lái)增加限位。

4.4 電動(dòng)真空破壞閥漏氣故障處理效果

通過(guò)漏氣處理方案的選定，最終于2020年6月至8月期間分別在蓮湖泵站的1、2、4、6、8號(hào)機(jī)組的電動(dòng)真空破壞閥上實(shí)施方案1；選用硅膠材質(zhì)的密封圈，嚴(yán)格按照方案1的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。截至2020年11月16日，所有實(shí)施方案1處理漏氣故障的電動(dòng)真空破壞閥都沒(méi)有出現(xiàn)漏氣的情況。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)采用硅膠制品密封圈替代橡膠制品的密封圈，改變密封方式，結(jié)合安裝手段控制閥瓣與閥座的配合間隙，在不改變?cè)O(shè)備主體結(jié)構(gòu)、不更換新設(shè)備的前提下，以最小的代價(jià)解決蓮湖泵站電動(dòng)真空破壞閥漏氣的問(wèn)題，為機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。通過(guò)實(shí)踐證明，這一拓寬思路的做法是可行有效的，再此需要感謝歷次檢修電動(dòng)真空破壞閥的作業(yè)人員，因?yàn)橛兴麄兞粝碌膶氋F檢修經(jīng)驗(yàn)才使得在解決蓮湖泵站電動(dòng)真空破壞閥漏氣故障上得以突破。