(接本篇文章上篇:《蝶閥關閉故障分析及處理方法(上篇)》)
為了防止泥沙淤積妨礙閥門開啟,蝶閥下緣逆水流關閉,動水力矩 M 總是趨向使活門關閉,活門上的動水壓力沿水流方向的分力 p 順水流方向,垂直分力 P1 方向向上。
活門關閉時,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,就產生了使活門轉動的靜水力矩。
在芹山水電站中,蝶閥處于接近全關的位置不能正常關閉。
在閥門操作中,操作機構各轉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,其數值占據總的摩擦力降摩擦力矩的絕大部分。
根據設計工況,閥軸和鑄鋁青銅的摩擦因數一般取拜 μ=0.15,所以在最高水頭 121.5m 時,蝶閥可以靠本身配置的重錘進行自動關閉。而要出現蝶閥不能自動關閉現象必須的條件是 μ>0.27。因此可以得出以下結論:
芹山水電站 #1、#2 蝶閥在運行 2 年以后,在關閉時出現了不同程度的關不到全關位置的現象。我們分析認為,出現這種情況的原因有以下 2 點:
(1)蝶閥在經過 2 年多的運行后,閥軸和軸承之間有可能出現泥沙沉淀,導致閥軸和軸承之間的間隙減小,軸承摩擦因數增加。在閥門的關閉過程中,當活門接近全關位置時,活門上、下游之間形成一個壓差,這個壓差會在閥軸上產生一個阻礙關閉的力矩,這個阻力矩與軸承的摩擦因數成正比,當阻力矩大于閥門關閉力矩時會出現上述現象。
(2)軸承經過一段時間運行后,軸承潤滑面可能有腐蝕,軸承出現了磨損,摩擦因數增加,也會導致上述現象。
(1)改變關閉蝶閥的操作程序。在關閉蝶閥的同時,打開旁通閥,在關閥結束后,再關閉旁通閥。這樣,可以讓蝶閥在關閉過程中前、后水壓始終平衡,消除了關閥過程中蝶閥上、下游之間的壓差,大大降低了關閉時的摩擦阻力,使關閥能順利進行,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)現配置的 2 個重錘的側面各預留有 4 個 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量,從而增加蝶閥關閉時的重錘力矩,使蝶閥在軸承摩擦系數增大時也能順利關閉。
在以上 2 種方法中,如果采用第 2 種方法進行改造,蝶閥可在一段時間內比較順利地自行關閉,但運行時間長了以后,隨著泥沙在閥軸和軸承之間的沉淀和軸承潤滑面的進一步磨損,摩擦因數增大引起摩擦阻力越來越大,蝶閥有可能又不能自行關閉,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濟運行,在采用了修改蝶閥關閉流程的方法,如圖 1 所示(圖中灰色為改進增加流程部分)。
圖 1 改進后的蝶閥關閉流程
芹山水電站蝶閥關閉流程經過改進后,在關閉的同時開啟旁通閥,對閥后充水。蝶閥在上、下游無水壓差的情況下關閉。在此過程中,基本消除了作用在活門上的靜水力矩,同時,大大減小了閥軸的摩擦力矩。實踐表明,改進后蝶閥運行穩定,自行關閉正常,關閉效果良好。
同時考慮到機組過速時,因調速器主配壓閥拒動,需使蝶閥關閉來防止機組過速。在這種方式下,為防止由于關閉蝶閥時開旁通閥造成機組轉速升高,在過速保護裝置動作油管路中,并一油管至調速器事故電磁閥。當過速保護裝置動作時,事故電磁閥也動作,調速器主配壓閥快速朝關側動作,關閉導葉,防止機組飛逸。
應用該關閉流程的蝶閥,由于在關閉時蝶閥前、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,同時也保證了蝶閥的穩定運行,確保了水電站的安全經濟運行。
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閉裝置的蝶閥,因為采用帶自關閉裝置的蝶閥,運行時間長了以后,隨著泥沙在閥軸和軸承之間的沉淀和軸承潤滑面的磨損,軸承摩擦因數增大引起摩擦阻力越來越大,蝶閥最終將不會自行關閉。這必將增加蝶閥檢修次數,減少蝶閥使用壽命,不利于水電站的安全經濟穩定運行。