炎唐阀门

蝶阀关闭故障分析 及处理方法

2015/1/28-蝶阀关闭故障分析 及处理方法

1、故障蝶阀概况

芹山水电站 采用 PDF130-WZ-280型蝶阀,系卧式双 平板活门结构。蝶阀总装包括阀体、活门、工作主密封、轴承、转臂、接力器、锁定装置、重锤和旁通阀等。蝶阀阀体采用铸焊整体结构,阀体与工作密封圈接触处采用不锈钢材料,延长了密封圈的使用寿命并提高了密封性能。 阀门的密封设在下游侧,密封面采用斜面结构,因而有很好的密封性能。阀体的底部有8条地脚螺栓作为固 定阀体用,能承受接力器向上推力和动水作用在活门上的向上分力,而不能承受活门全关时的水推力。为增加活门在动水关闭时的自关闭力矩,活门与阀体均按偏置设计,其几何中心与转动中心偏移50mm,增加了关闭的可 靠性。阀门的主工作密封采用实心异形橡胶放在活门周边,用压圈和压紧螺钉紧固在活门上,为了保证密封圈可调和且调节后定位,设有锁紧螺钉加以固定。阀轴采用40Cr锻钢材料,与轴承 和轴端密封接触处采用镀铬保护,与活门采用插人圆柱销固定。轴承由钢套和铜瓦组成,铜瓦材料为铸铝青铜(ZCuAl1OFe3),轴端密封采用 U形支承环密封圈, 密封力可调,更换方便。

 

该阀布置2台直径200mm直缸摇摆式接力器 ,接力器的活塞杆通过转臂与阀轴相连,活塞杆表面镀铬处理。活塞与缸体问密封采用O形圈与聚四氟乙稀 组合式密封圈;接力器缸内设有二段关闭装置和节流缓冲结构,外部采用高压软管连接。

 

控制系统。蝶阀的 开启采用FYZ阀门液压控制装置 供油,推动接力器把活门和重锤至全开后采用油压锁锭,锁锭油源来自于调速器油压装置。当机组发生事故或需正常停机时,切换锁锭油源脱开,蝶阀依靠自身所配置的2个重锤(各 3.5t)和水力作用至活 门全关,起到切断水流和保护机组的作用。

 

2、故障现象

芹山水电站 蝶阀于 2000年3月投人运行,运行 至2002年3月,发现在关闭蝶 阀过程中,当蝶阀关闭至全行程的约95%时,蝶阀转臂(重 锤)停止下落,蝶阀不能自行到达全关位置。这与蝶阀只能在全开或全关2个位置相矛盾,蝶 阀位置处于不定态,造成漏水量较大,引起较强的噪声,给水电站的检修运行带来了较大的安全隐患。

 

3、原因分析

 

3.1油管路方面

出现这种现象有可 能是由于回油管路排油不畅引起接力器关侧油腔油未排尽,由此造成接力器活塞不能完全回复至全关位置,导致蝶阀转臂下落不能到达最大行程,引起蝶阀关不到全关位置。

 

就此对操作油管路 进行检查,对于管路上的油阀门进行分解检查,确保操作油管路畅通无阻。

 

3.2接力器结构

为了降低在关闭过 程中接力器活塞冲击接力器油底部的速度和压力,在操作接力器缸内设有二段关闭装置,即节流缓冲结构。

 

对接力器节流缓冲 结构进行清洗并对接力器节流阀进行调整,加大节流阀开口,使回油的流量变大,节流阀前、后的压差变小,有利于接力器活塞的下落。同时,检查发现接力器活塞杆表面镀铬层完好,无锈蚀卡涩迹象。

 

用以上2种方法进行处理后 ,没有明显的效果,说明蝶阀不能到达全关位置的原因与操作系统(操作管路及接力器装置)无关。

 

3.3在蝶阀关闭过程中 关闭蝶阀所需力矩小于轴承处所受到的摩擦阻力矩

为了防止泥沙淤积 妨碍阀门开启,蝶阀下缘逆水流关闭,动水力矩M总是趋向使活门关 闭,活门上的动水压力沿水流方向的分力p顺水流方向,垂直 分力P1方向向上。

 

活门关闭时,水完 全静止,活门上承受静水压力。由于活门上、下的位置差异,静水压力的作用中心在活门中心线以下,这样,对于卧轴蝶阀活门,就产生了使活门转动的静水力矩。

 

在芹山水电站 中, 蝶阀处于接近全关的位置不能正常关闭。

 

在阀门操作中,操 作机构各转动销轴处均存在摩擦力和摩擦力矩。其中,阀轴与轴瓦间的摩擦力和力矩是主要的,其数值占据总的摩擦力降摩擦力矩的绝大部分。

 

根据设计工况,阀 轴和铸铝青铜的摩擦因数一般取拜μ=0.15,所以在最高水头 121.5m时,蝶阀可以靠本 身配置的重锤进行自动关闭。而要出现蝶阀不能自动关闭现象必须的条件是μ>0.27。因此可以得出以 下结论:

 

芹山水电站 #1、#2蝶阀在运行 2年以后,在关闭时 出现了不同程度的关不到全关位置的现象。我们分析认为,出现这种情况的原因有以下2点:

 

(1)蝶阀在经过 2年多的运行后,阀 轴和轴承之间有可能出现泥沙沉淀,导致阀轴和轴承之间的间隙减小,轴承摩擦因数增加。在阀门的关闭过程中,当活门接近全关位置时,活门上、下游之间形成一个压差,这个压差会在阀轴上产生一个阻碍关闭的力矩,这个阻 力矩与轴承的摩擦因数成正比,当阻力矩大于阀门关闭力矩时会出现上述现象。

 

(2)轴承经过一段时 间运行后,轴承润滑面可能有腐蚀,轴承出现了磨损,摩擦因数增加,也会导致上述现象。

 

4、处理方法

(1)改变关闭蝶阀的 操作程序。在关闭蝶阀的同时,打开旁通阀,在关阀结束后,再关闭旁通阀。这样,可以让蝶阀在关闭过程中前、后水压始终平衡,消除了关阀过程中蝶阀上、下游之间的压差,大大降低了关闭时的摩擦阻力,使关阀能顺利进行 ,而且可以减少轴承润滑面的磨损,增加蝶阀轴承的使用寿命。

 

(2)现配置的 2个重锤的侧面各预 留有4个M30的螺孔,可在重锤 上加一些钢板,然后用螺丝紧固。这样就增加了重锤的质量,从而增加蝶阀关闭时的重锤力矩,使蝶阀在轴承摩擦系数增大时也能顺利关闭。

 

在以上2种方法中,如果采 用第2种方法进行改造, 蝶阀可在一段时间内比较顺利地自行关闭,但运行时间长了以后,随着泥沙在阀轴和轴承之间的沉淀和轴承润滑面的进一步磨损,摩擦因数增大引起摩擦阻力越来越大,蝶阀有可能又不能自行关闭,甚至需更换新轴承。因此,在 考虑到处理上述问题的难度和电站的安全经济运行,在采用了修改蝶阀关闭流程的方法,如图1所示(图中灰色为 改进增加流程部分)。

 

图1改进后的蝶阀关闭 流程

 

5、实际应用情况

芹山水电站 蝶阀关闭流程经过改进后,在关闭的同时开启旁通阀,对阀后充水。蝶阀在上、下游无水压差的情况下关闭。在此过程中,基本消除了作用在活门上的静水力矩,同时,大大减小了阀轴的摩擦力矩。实践表明,改进后蝶阀运行稳定,自 行关闭正常,关闭效果良好。

 

同时考虑到机组过 速时,因调速器主配压阀拒动,需使蝶阀关闭来防止机组过速。在这种方式下,为防止由于关闭蝶阀时开旁通阀造成机组转速升高,在过速保护装置动作油管路中,并一油管至调速器事故电磁阀。当过速保护装置动作时,事故电 磁阀也动作,调速器主配压阀快速朝关侧动作,关闭导叶,防止机组飞逸。

 

6、结语

应用该关闭流程的 蝶阀,由于在关闭时蝶阀前、后水压平衡,受静水压力较小,大大减少了阀轴的摩擦力矩,也减小了蝶阀的主轴及轴承的磨损,延长了蝶阀主轴及轴承的检修周期,同时也保证了蝶阀的稳定运行,确保了水电站的安全经济运行。

 

若在含泥沙量较大 的水电站使用蝶阀,最好不要采用该种带自关闭装置的蝶阀,因为采用带自关闭装置的蝶阀,运行时间长了以后,随着泥沙在阀轴和轴承之间的沉淀和轴承润滑面的磨损,轴承摩擦因数增大引起摩擦阻力越来越大,蝶阀最终将不 会自行关闭。这必将增加蝶阀检修次数,减少蝶阀使用寿命,不利于水电站的安全经济稳定运行。
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