楊存勇，柴世強，余齊齊

（云南金江機電設(shè)備安裝檢修有限公司，云南 麗江 674100）

發(fā)電機風閘不能正常復(fù)位的原因分析及討論

楊存勇，柴世強，余齊齊

（云南金江機電設(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)電機組的制動采用機械制動方式，承擔這一任務(wù)的風閘共有24個，6個一組共分4組對稱安裝在下機架支腿上。為保證機組安全穩(wěn)定運行，對2號、3號、4號、5號、6號風閘已磨損、老化的密封元件更換。密封元件更換后，5號機組的個別風閘卻出現(xiàn)加閘后不能自動回落復(fù)位的現(xiàn)象，為此，對導(dǎo)致這一缺陷產(chǎn)生的原因進行了分析及討論。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機；風閘；不能復(fù)位；原因分析

1　概述

二灘水電廠水輪發(fā)電機組的制動采用機械制動方式，承擔這一任務(wù)的風閘共有24個，6個一組共分4組對稱安裝在下機架支腿上。風閘為雙缸結(jié)構(gòu)，除停機時通氣加閘制動外，還擔負著檢修時機組轉(zhuǎn)動部分的油壓頂起和支撐任務(wù)。經(jīng)過近數(shù)年的運行，風閘的密封元件已磨損、老化，致使風閘制動時出現(xiàn)漏氣，頂起時發(fā)生漏油，已經(jīng)嚴重影響到了機組的安全穩(wěn)定運行。為消除這一隱患，機組年度的小修中，對2號、3號、4號、5號、6號機組的風閘密封元件進行了更換。密封元件更換后，風閘加閘漏氣的現(xiàn)象已徹底消除，但是其中5號機組的個別風閘卻出現(xiàn)加閘后不能自動回落復(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，以提高風閘檢修處理的質(zhì)量，現(xiàn)對風閘不能正常下落的缺陷現(xiàn)象、處理過程、可能的影響因素進行分析。

2　風閘不能下落現(xiàn)象

5號發(fā)電機小修結(jié)束后2月2日投入運行，2月26日開始陸續(xù)出現(xiàn)發(fā)電機制動器不能正常下落的現(xiàn)象?，F(xiàn)場處理時借助輔助工具施以較小外力、稍加振動后制動器便自行落下。該缺陷在小修后機組投運初期表現(xiàn)的較為普遍，下機架四個方向支腿上的四組制動器均有一個出現(xiàn)過類似的缺陷，不能復(fù)位的風閘必須經(jīng)過人為的捅壓后才能得以回落復(fù)位。通過一段時間的運行觀察統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)下機架－Y方向支腿外側(cè)中部的制動器發(fā)生的頻次最高。

3　風閘結(jié)構(gòu)介紹

風閘為一閘雙缸結(jié)構(gòu)，下部單向進氣、彈簧復(fù)位，結(jié)構(gòu)較為簡單。風閘活塞體上設(shè)一道動密封，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入活塞上腔。在活塞缸的上部外側(cè)裝有一個呼吸器，活塞動作時上腔的氣體經(jīng)呼吸器排出、吸入，使活塞動作順暢?；钊w上部裝有一個預(yù)壓緊的彈簧，在活塞上移時彈簧再次被壓縮儲能，活塞下腔撤壓后彈簧在回復(fù)力的作用下將活塞下壓。在閘瓦托板的對角位置安裝有兩個Φ37mm導(dǎo)向柱，作用是制動時限制閘板、彈簧等部件在制動摩擦傾覆力矩作用下的過度傾斜，另外在風閘起落時引導(dǎo)其起落軌跡，并調(diào)整活塞不同步時的偏差。活塞頂部的螺栓將閘瓦托板與其緊密聯(lián)結(jié)，使閘瓦隨活塞同步上下運動?？梢婏L閘恢復(fù)下落的驅(qū)動力來自活塞的自重、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

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

為了進一步查清缺陷產(chǎn)生的原因，又分別進行了下面幾項工作。

4.1彈簧性能測試

5月28日，再次對換下來的制動器進行了分解，測量了2個活塞和導(dǎo)向柱的零部件尺寸，并將彈簧拆卸后送至攀研院檢測中心進行了性能測試。

為了相互比較，特地拆除了一個備品制動器（舊的），將兩個制動器的2組4個彈簧一起送至攀研院做了性能對比測試。

測試方法：選取試驗載荷三個級別：196N，392N，588N，在試驗臺上分別作用于4個彈簧，測量壓縮進程和回彈回程位移量，進行位移量對比。

測試結(jié)果：相同試驗載荷下，4個彈簧壓縮進程和回彈回程位移量無顯著差異，說明4個彈簧力學(xué)性能基本一致。

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

4.2制動器零部件尺寸配合情況

將該制動器活塞和導(dǎo)向柱等零部件尺寸測量后，與之前測量的6號、4號機組制動器部分零部件尺寸進行了對比。測量的尺寸包括：制動器活塞缸內(nèi)徑、制動器活塞外徑、導(dǎo)向孔內(nèi)徑、導(dǎo)向柱外徑。并以此計算活塞缸與活塞、導(dǎo)向孔與導(dǎo)向柱之間的配合總間隙，測量結(jié)果見表1。

表1　活塞和導(dǎo)向柱零部件尺寸對比表單位：mm

通過尺寸測量和對比發(fā)現(xiàn)：5號機組－Y方向外側(cè)第二個制動器活塞缸與活塞之間配合尺寸相對于其它機組制動器偏小，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

分解該制動器后檢查，發(fā)現(xiàn)配合總間隙尺寸較小，2號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)制動器托板有較大變形、活塞密封損壞、油缸內(nèi)有機械雜質(zhì)等異常情況。

5　原因分析

由于年度小修工作中對除1號機組以外的其它5臺機組進行了制動器密封更換的工作，但制動器不能正常下落的缺陷卻集中出現(xiàn)在5號機組，5月28日，2號機也出現(xiàn)了一次相同缺陷。通過對缺陷現(xiàn)象的觀察、對風閘結(jié)構(gòu)的研究，并經(jīng)現(xiàn)場拆卸檢查，對于造成風閘不能自行下落復(fù)位的原因分析如下：

5.1新?lián)Q動密封的影響

制動器活塞的動密封為組合式U型密封圈，U型口朝下安裝，當機組停機制動時，制動器下腔通壓縮氣體，頂起制動器閘瓦實施制動，同時氣壓將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；停機流程結(jié)束后，制動器氣壓撤除，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落下復(fù)位。一方面，由于該制動器活塞缸與活塞之間配合尺寸相對于其它機組制動器偏小，所以新?lián)Q的密封圈在活塞下落復(fù)位過程中產(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)位開始時的初始摩擦阻力增大。

5.2活塞缸與活塞配合間隙的影響

制動器制動時，制動器會承受較大的切向分力和一定的徑向分力的共同作用，制動器活動部分可以在導(dǎo)向孔和導(dǎo)向柱總間隙范圍內(nèi)產(chǎn)生側(cè)向移動，且產(chǎn)生在兩個活塞和風閘活動支撐板構(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，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，此時會對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)位開始時初始摩擦阻力，使活塞發(fā)生卡塞。

而此次檢查發(fā)現(xiàn)的2號活塞缸有一處較為明顯的條塊形摩擦痕跡，正是因為配合間隙小以及小修前活塞缸內(nèi)存有細小的雜質(zhì)，長期運行中在摩擦作用下產(chǎn)生的。

5.3其它影響因素

對比5臺機組風閘更換密封后的運行情況，發(fā)現(xiàn)只有5號機頻繁出現(xiàn)個別風閘不能自行復(fù)位的現(xiàn)象，2號機組出現(xiàn)過一次，而其余3臺機組從沒發(fā)生過類似的問題，可見這樣的缺陷不是普遍性的，有一定的特殊性?；仡櫄v史運行紀錄，我們發(fā)現(xiàn)5號機組曾經(jīng)在額定轉(zhuǎn)速下加投過風閘，而2號機組也發(fā)生過一次50%額定轉(zhuǎn)速加閘制動的情況。根據(jù)相關(guān)要求，制動器加閘動作時發(fā)電機轉(zhuǎn)速應(yīng)低于20%同步轉(zhuǎn)速，否則將會造成制動瓦過度磨損，還可能引起有關(guān)部件的變形，從風閘的結(jié)構(gòu)可以看出，過大切向力的作用會造成導(dǎo)向柱、彈簧、活塞的傾斜，會使導(dǎo)向柱、彈簧變形。另外在機組檢修頂起轉(zhuǎn)子后，在制動器托板下部塞入鎖定板以承受轉(zhuǎn)動部分的重量，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，也可能會造成活塞回落卡阻，但這些影響還要在以后的運行檢修中加以驗證。

另外工作環(huán)境溫度、壓縮氣體潔凈度等一些客觀因素對于每臺機、每個制動器來說基本是相同的，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)的制動器不能正常下落的缺陷，經(jīng)過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　改進建議

建議汛期結(jié)束后，在機組有停機機會時，多做5號機組制動器起落試驗，以加速新密封圈的磨損，減小摩擦力。

在以后的檢修中，應(yīng)加強對所拆卸部件的檢查鑒定，對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)考慮購買一定數(shù)量的防塵圈，在下次檢修中更換。

制動器的卡阻不落、漏氣、漏油現(xiàn)象以前一直是困擾水電人的難題，進入新世紀，隨著新技術(shù)新材料的出現(xiàn)，這一問題已得到有效的解決?？傊?，通過搜集相關(guān)的資料，同時學(xué)習借鑒其它水電站單位的經(jīng)驗，可以徹底解決這一問題。

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中圖分類號：TP273

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）06-0057-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.06.016

收稿日期：2015-05-05

作者簡介：楊存勇（1982-），男，助理工程師，從事機電安裝工作。