蝶閥常見故障和處理方法

2021-12-21 10:10:21 104

1 故障蝶閥概況

芹山水電站采用PDF130-WZ-280型蝶閥

，系臥式雙平板活門結(jié)構(gòu)。蝶閥總裝包括閥體

、活門

、工作主密封

、軸承

、轉(zhuǎn)臂、接力器

、鎖定裝置

、重錘和旁通閥等。蝶閥閥體采用鑄焊整體結(jié)構(gòu)

，閥體與工作密封圈接觸處采用不銹鋼材料

，延長了密封圈的使用壽命并提高了密封性能

。閥門的密封設(shè)在下游側(cè)，密封面采用斜面結(jié)構(gòu)

，因而有很好的密封性能

。閥體的底部有8條地腳螺栓作為固定閥體用，能承受接力器向上推力和動水作用在活門上的向上分力

，而不能承受活門全關(guān)時(shí)的水推力

。為增加活門在動水關(guān)閉時(shí)的自關(guān)閉力矩，活門與閥體均按偏置設(shè)計(jì)

，其幾何中心與轉(zhuǎn)動中心偏移50mm

，增加了關(guān)閉的可靠性。閥門的主工作密封采用實(shí)心異形橡膠放在活門周邊

，用壓圈和壓緊螺釘緊固在活門上，為了保證密封圈可調(diào)和且調(diào)節(jié)后定位

，設(shè)有鎖緊螺釘加以固定

。閥軸采用40Cr鍛鋼材料，與軸承和軸端密封接觸處采用鍍鉻保護(hù)

，與活門采用插人圓柱銷固定

。軸承由鋼套和銅瓦組成，銅瓦材料為鑄鋁青銅（ZCuAl1OFe3)

，軸端密封采用U形支承環(huán)密封圈

，密封力可調(diào)，更換方便

。

該閥布置2臺直徑200mm直缸搖擺式接力器

，接力器的活塞桿通過轉(zhuǎn)臂與閥軸相連，活塞桿表面鍍鉻處理

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；钊c缸體問密封采用O形圈與聚四氟乙稀組合式密封圈；接力器缸內(nèi)設(shè)有二段關(guān)閉裝置和節(jié)流緩沖結(jié)構(gòu)

，外部采用高壓軟管連接

。

控制系統(tǒng)。蝶閥的開啟采用FYZ閥門液壓控制裝置供油

，推動接力器把活門和重錘至全開后采用油壓鎖錠

，鎖錠油源來自于調(diào)速器油壓裝置。當(dāng)機(jī)組發(fā)生事故或需正常停機(jī)時(shí)

，切換鎖錠油源脫開

，蝶閥依靠自身所配置的2個(gè)重錘（各3.5t）和水力作用至活門全關(guān)，起到切斷水流和保護(hù)機(jī)組的作用

。

2 故障現(xiàn)象

芹山水電站蝶閥于2000年3月投人運(yùn)行

，運(yùn)行至2002年3月

，發(fā)現(xiàn)在關(guān)閉蝶閥過程中，當(dāng)?shù)y關(guān)閉至全行程的約 95% 時(shí)

，蝶閥轉(zhuǎn)臂（重錘）停止下落

，蝶閥不能自行到達(dá)全關(guān)位置。這與蝶閥只能在全開或全關(guān)2個(gè)位置相矛盾

，蝶閥位置處于不定態(tài)

，造成漏水量較大，引起較強(qiáng)的噪聲

，給水電站的檢修運(yùn)行帶來了較大的安全隱患

。

3 原因分析

3.1 油管路方面

出現(xiàn)這種現(xiàn)象有可能是由于回油管路排油不暢引起接力器關(guān)側(cè)油腔油未排盡，由此造成接力器活塞不能完全回復(fù)至全關(guān)位置

，導(dǎo)致蝶閥轉(zhuǎn)臂下落不能到達(dá)最大行程

，引起蝶閥關(guān)不到全關(guān)位置。

就此對操作油管路進(jìn)行檢查

，對于管路上的油閥門進(jìn)行分解檢查

，確保操作油管路暢通無阻。

3.2 接力器結(jié)構(gòu)

為了降低在關(guān)閉過程中接力器活塞沖擊接力器油底部的速度和壓力

，在操作接力器缸內(nèi)設(shè)有二段關(guān)閉裝置

，即節(jié)流緩沖結(jié)構(gòu)。

對接力器節(jié)流緩沖結(jié)構(gòu)進(jìn)行清洗并對接力器節(jié)流閥進(jìn)行調(diào)整

，加大節(jié)流閥開口

，使回油的流量變大，節(jié)流閥前

、后的壓差變小

，有利于接力器活塞的下落。同時(shí)

，檢查發(fā)現(xiàn)接力器活塞桿表面鍍鉻層完好

，無銹蝕卡澀跡象。

用以上2種方法進(jìn)行處理后

，沒有明顯的效果

，說明蝶閥不能到達(dá)全關(guān)位置的原因與操作系統(tǒng)（操作管路及接力器裝置）無關(guān)。

3.3 在蝶閥關(guān)閉過程中關(guān)閉蝶閥所需力矩小于軸承處所受到的摩擦阻力矩

為了防止泥沙淤積妨礙閥門開啟

，蝶閥下緣逆水流關(guān)閉

，動水力矩M總是趨向使活門關(guān)閉，活門上的動水壓力沿水流方向的分力p順?biāo)鞣较?div id="4qifd00" class="flower right">

，垂直分力P1方向向上

。

活門關(guān)閉時(shí)，水完全靜止

，活門上承受靜水壓力

。由于活門上

、下的位置差異，靜水壓力的作用中心在活門中心線以下

，這樣

，對于臥軸蝶閥活門，就產(chǎn)生了使活門轉(zhuǎn)動的靜水力矩

。

在芹山水電站中

，蝶閥處于接近全關(guān)的位置不能正常關(guān)閉。

在閥門操作中

，操作機(jī)構(gòu)各轉(zhuǎn)動銷軸處均存在摩擦力和摩擦力矩

。其中，閥軸與軸瓦間的摩擦力和力矩是主要的

，其數(shù)值占據(jù)總的摩擦力降摩擦力矩的絕大部分

。

根據(jù)設(shè)計(jì)工況，閥軸和鑄鋁青銅的摩擦因數(shù)一般取拜μ=0.15

，所以在最高水頭121.5m時(shí)

，蝶閥可以靠本身配置的重錘進(jìn)行自動關(guān)閉。而要出現(xiàn)蝶閥不能自動關(guān)閉現(xiàn)象必須的條件是μ＞0.27

。因此可以得出以下結(jié)論：

芹山水電站#1

、#2蝶閥在運(yùn)行2年以后

，在關(guān)閉時(shí)出現(xiàn)了不同程度的關(guān)不到全關(guān)位置的現(xiàn)象

。我們分析認(rèn)為，出現(xiàn)這種情況的原因有以下2點(diǎn)：

（1）蝶閥在經(jīng)過2年多的運(yùn)行后

，閥軸和軸承之間有可能出現(xiàn)泥沙沉淀

，導(dǎo)致閥軸和軸承之間的間隙減小，軸承摩擦因數(shù)增加

。在閥門的關(guān)閉過程中

，當(dāng)活門接近全關(guān)位置時(shí)，活門上

、下游之間形成一個(gè)壓差

，這個(gè)壓差會在閥軸上產(chǎn)生一個(gè)阻礙關(guān)閉的力矩，這個(gè)阻力矩與軸承的摩擦因數(shù)成正比

，當(dāng)阻力矩大于閥門關(guān)閉力矩時(shí)會出現(xiàn)上述現(xiàn)象

。

（2）軸承經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行后，軸承潤滑面可能有腐蝕

，軸承出現(xiàn)了磨損

，摩擦因數(shù)增加，也會導(dǎo)致上述現(xiàn)象

。

4 處理方法

（1）改變關(guān)閉蝶閥的操作程序

。在關(guān)閉蝶閥的同時(shí)

，打開旁通閥，在關(guān)閥結(jié)束后

，再關(guān)閉旁通閥

。這樣，可以讓蝶閥在關(guān)閉過程中前

、后水壓始終平衡

，消除了關(guān)閥過程中蝶閥上、下游之間的壓差

，大大降低了關(guān)閉時(shí)的摩擦阻力

，使關(guān)閥能順利進(jìn)行，而且可以減少軸承潤滑面的磨損

，增加蝶閥軸承的使用壽命

。

（2）現(xiàn)配置的2個(gè)重錘的側(cè)面各預(yù)留有4個(gè)M30的螺孔，可在重錘上加一些鋼板

，然后用螺絲緊固

。這樣就增加了重錘的質(zhì)量，從而增加蝶閥關(guān)閉時(shí)的重錘力矩

，使蝶閥在軸承摩擦系數(shù)增大時(shí)也能順利關(guān)閉

。

在以上2種方法中，如果采用第2種方法進(jìn)行改造

，蝶閥可在一段時(shí)間內(nèi)比較順利地自行關(guān)閉

，但運(yùn)行時(shí)間長了以后，隨著泥沙在閥軸和軸承之間的沉淀和軸承潤滑面的進(jìn)一步磨損

，摩擦因數(shù)增大引起摩擦阻力越來越大

，有可能又不能自行關(guān)閉，甚至需更換新軸承

。因此

，在考慮到處理上述問題的難度和電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，在采用了修改蝶閥關(guān)閉流程的方法

，如圖1所示（圖中灰色為改進(jìn)增加流程部分）

。

福建捷斯特閥門制造有限公司

圖1改進(jìn)后的蝶閥關(guān)閉流程

5 實(shí)際應(yīng)用情況

芹山水電站蝶閥關(guān)閉流程經(jīng)過改進(jìn)后，在關(guān)閉的同時(shí)開啟旁通閥

，對閥后充水

。蝶閥在上、下游無水壓差的情況下關(guān)閉

。在此過程中

，基本消除了作用在活門上的靜水力矩，同時(shí)，大大減小了閥軸的摩擦力矩

。實(shí)踐表明

，改進(jìn)后蝶閥運(yùn)行穩(wěn)定，自行關(guān)閉正常

，關(guān)閉效果良好

。

同時(shí)考慮到機(jī)組過速時(shí)，因調(diào)速器主配壓閥拒動

，需使蝶閥關(guān)閉來防止機(jī)組過速

。在這種方式下，為防止由于關(guān)閉蝶閥時(shí)開旁通閥造成機(jī)組轉(zhuǎn)速升高

，在過速保護(hù)裝置動作油管路中

，并一油管至調(diào)速器事故電磁閥。當(dāng)過速保護(hù)裝置動作時(shí)

，事故電磁閥也動作

，調(diào)速器主配壓閥快速朝關(guān)側(cè)動作，關(guān)閉導(dǎo)葉

，防止機(jī)組飛逸

。

6 結(jié)束語

應(yīng)用該關(guān)閉流程的蝶閥，由于在關(guān)閉時(shí)蝶閥前

、后水壓平衡

，受靜水壓力較小，大大減少了閥軸的摩擦力矩

，也減小了蝶閥的主軸及軸承的磨損

，延長了蝶閥主軸及軸承的檢修周期，同時(shí)也保證了蝶閥的穩(wěn)定運(yùn)行

，確保了水電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行

。

若在含泥沙量較大的水電站使用蝶閥

，最好不要采用該種帶自關(guān)閉裝置的蝶閥

，因?yàn)椴捎脦ё躁P(guān)閉裝置的蝶閥，運(yùn)行時(shí)間長了以后

，隨著泥沙在閥軸和軸承之間的沉淀和軸承潤滑面的磨損

，軸承摩擦因數(shù)增大引起摩擦阻力越來越大，蝶閥最終將不會自行關(guān)閉

。這必將增加蝶閥檢修次數(shù)

，減少蝶閥使用壽命，不利于水電站的安全經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定運(yùn)行

。

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