葛洲壩2#船閘30年設備故障與修理的思考

通過對葛洲壩2#船閘運行30年來設備故障與修理實踐的研究、分析與思考，將30年的設備故障劃分為早期故障階段和偶發性故障階段并展開深入地討論，對船閘設備故障發生、發展、影響因素、修理、改造、更新及其規律進行了有益地探索。

舉世矚目的葛洲壩工程從1981年投入運行以來已連續運轉了30周年，其中葛洲壩2#船閘不論從投入運行時間、實際運行閘次，還是停航檢修的時間與項目等方面，在葛洲壩3座船閘及三峽二線五級船閘中都堪稱之首，頗具代表性。因此，對該閘歷年的設備故障與修理實踐進行統計、分析、思考與探討，不僅對該閘并對其它船閘的設備管理都具有十分重要的現實意義和借鑒作用。

對早期故障階段的討論

1、由于設計與制造方面不足而導致較大的設備故障

1981~1984 年是船閘接管并投入使用的初期階段，由于設計與制造方面缺陷而引發較大的設備故障。這類故障屬無規律可循的突發性故障，既無明顯征兆，也無發展過程，一般難以進行預測，危害性較大。主要采用狀態監測方式發現故障，事后搶修方式排除故障，通過改進設計與制造上的缺陷，更換或修復損壞的零部件及潤滑油脂等修理，恢復設備原有性能。

2、由于潤滑、裝配和調整不當而導致較多的設備故障

運行最初4年里，設備故障還較多地發生在潤滑、裝配和調整不當等方面。此類故障的發生率與設備使用時間有關，有征兆和發展過程，屬有規律可循的漸發性故障，通過監測、測試、預測及時發現缺陷，不斷調整相關部位以補償精度，做好注油潤滑等日常維護保養工作，隨著設備的磨合和時間的推移，此類故障發生率逐漸下降。

表1葛洲壩2號船閘30年故障變化數據統計表

圖1 葛洲壩2號船閘30年故障變化曲線

3、由于環境因素影響導致的設備故障危害性較大

運行初期異常故障的另類影響因素可歸于環境因素影響，如淤積物、震動、潮濕、水位變化、反向水頭、飄浮物等，尤其是人字門淤積和設備本身缺陷而不適應工作環境，更易導致設備故障。這類故障主要由于設計對環境因素影響考慮不足而造成。為降低此類故障，一方面通過狀態監測來判斷環境對設備的劣化程度，對那些狀態劣化嚴重、危及運行安全的設備或零部件，及時進行修理以恢復其性能；另一方面，有計劃地對設備進行改造與更新，以適應船閘運行環境。

對偶發性故障階段的討論

1984年以來在長達26年的時間里， 設備故障率明顯降低，故障曲線呈基本穩定狀態（如圖1），平均故障為23.69次，在1989—1991年故障率呈階段性上升趨勢，但在1992年很快得到扼制，并呈現遞減狀態，特別是1992年以后的19年里，故障率一直處于低位與平穩態勢，平均故障減少至12.53次， 最低年故障僅為2次。提取1981—2001年故障與修理資料為主要研究對象討論如下：

對有形磨損嚴重到達使用壽命，但仍在技術壽命期間的設備零部件，用同型號以新換舊。即：通過原型更新的方式對設備有形磨損進行完全補償。如人字門頂樞4套AB桿，因制造中先天不足等因素影響，投入運行以來，在各種應力交叉作用下逐漸產生疲勞，雖經消除內應力等多次調整、修理與矯正，但疲勞不斷加重，先后產生了裂紋并向縱深發展，特別是1982年3月8日左下人字門發生A桿斷裂，相繼喪失原有機能；1984、1994和2001年大修中，先后對有形磨損嚴重，到達使用壽命，而未到達技術老化期的4套AB桿進行了原形更新，使其有形磨損得到了完全補償，即保證了其原有質量，也免除了舊件修理及選型的繁瑣，同時降低了故障率。

對無形磨損早于有形磨損的設備進行技術更新。技術更新是指以技術更先進、性能更完善的新設備換掉陳舊落后的舊設備，也許其舊設備的有形磨損還未到達淘汰期，但技術落后已進入淘汰期，其運行消耗和修理成本升高，用技術更新的方式，可提高設備技術性能，對其無形磨損進行完全補償。如：八大門啟閉機電控柜的更新，人字門啟閉機電機的換型，深井泵的換代等都屬于技術更新。

對設計中的不足和無形磨損早于有形磨損的設備進行技術改造。技術改造是指通過改變舊設備的結構或增加新裝置、新部件等方式，提高原設備的技術性能，是對設計中的缺陷和設備的無形磨損進行局部補償的一種有效方式。30年來，葛洲壩2#船閘針對運行中不斷暴露出來的問題，在技術改造方面進行了較多的嘗試，其技術改造項目達20余項。實踐證明，這些技術改造項目都極大地改善了舊設備性能和使用指標，降低了消耗，提高了綜合性能，具有較強的適應性，是一種快速、經濟和有效的修理方式。

解體式修理。解體式修理常被用在船閘整體性大修、專項修理和事故性搶修中。當大多數或主要船閘設備達到使用壽命，必須進行整體解體式大修。如大修期還未到達，而部分設備卻先期到達使用壽命，則要針對性進行解體式修理，如采用搶修、專項修理方式來恢復其工作性能，阻止其進入劇烈磨損期和高故障階段，否則會危害到其它設備或部件，使修復困難，加大修理工作量，增加修理費，延長停航修理時間。1990年船閘計劃性大修周期被定為每6年1次，2#閘在30年的運行中，共進行了5次整體性大修(1984、1988、1994、2001和2007年各一次)，5次專項修理（1981、1982、1983、1993和1997年各一次），10余次事故性搶修和對4臺反弧門液壓啟閉機系統解體式修理（1988、1994和2001年大修）。通過解體式大修，使有形磨損得到全面補償，劣化的精度和喪失的性能得到全面恢復，保證了整體性能，扼制了急劇上升的故障率。

堅持做好設備日常維護與保養工作，定期進行設備的點檢、常檢，重點設備重點管理，故障早發現早排除，是設備保持良好工況和船閘安全運行的基本保障。

幾點思考

1、設備故障發生率與設備零部件磨損相關并呈現一定規律性

縱觀30年的船閘設備運行歷程，其零部件的有形磨損和其故障發生率都是時間函數，零部件有形磨損發生發展主要經歷有3個過程（如圖2）：階段1為初期磨損階段，階段2為正常磨損階段，階段3為劇烈磨損階段；其故障發生發展也經歷有3個主要過程（如圖3）：階段1為早期故障階段，階段2為偶發故障階段，階段3 為耗損故障階段。分析對比兩曲線的變化過程，不難看出兩曲線不僅分別呈現出一定規律，而且還對應有緊密的相關性：

零部件初期磨損階段與設備早期故障階段相關：圖2中階段1為零部件初期磨損階段，其磨損速度很快并呈快速上升趨勢；與之相對應，圖3中階段1為早期故障階段，故障率居高但呈快速下降態勢，葛洲壩2#閘此階段持續期約4年。

圖2設備零部件磨損的3個階段

圖3 設備故障發生發展的3個階段

零部件正常磨損階段與設備偶發性故障階段相關：圖2中階段2為零部件正常磨損階段，在無異常因素干擾的情況下，其磨損速度緩慢，一般隨使用時間而勻速增加，該階段的時間長度就是設備零部件的使用壽命；與之相對應，圖3中階段2所示偶發性故障階段，其故障率明顯降低， 并呈穩定狀態，葛洲壩2#閘此階段已持續達26年。

零部件劇烈磨損階段與設備耗損故障階段相關：1988-1991年故障有階段性上升（圖1），其重要原因就是部分設備零部件（如上述4臺液壓啟閉機在此時段相繼損壞案例）先期達到使用壽命，進入劇烈磨損階段 (圖2階段3)，使故障加速上升，進入耗損故障階段 (圖3階段3)的緣故。經過修理與更新，缺陷得到完全補償，故障也隨之下降。因此，在磨損件進入劇烈磨損階段前，及時修復或更新磨損件，阻止其進入耗損故障階段，延長使用壽命。

2、合理確定使用周期，及時做好設備的更新換代

合理確定使用周期，及時做好預防性維修與設備更新換代，通過定期修理或更換達到使用壽命磨損件，可延長其正常工作期，降低其故障率。不同類型和不同使用環境下的設備零部件有著不同的使用壽命，應針對不同個體的不同特性，結合特定工作環境，參照葛洲壩2#船閘同類個體使用壽命，預測其使用周期，將使用周期確定在正常磨損階段的后期是最佳的選擇。

3、針對設備零部件的不同磨損進行不同的補償

30年的故障與修理實踐表明，零部件磨損可歸為有形磨損與無形磨損2 種形式；有磨損就有補償，補償可歸為修理、技術改造與更新3種形式；更新又可分為原形更新與技術更新2種形式；修理是對有形磨損的局部補償，技術改造是對無形磨損的局部補償，更新是對有形磨損和無形磨損的完全補償；有形磨損嚴重的設備在大修之前常常不能使用，而任何形式的無形磨損卻不影響設備的繼續使用，使設備的有形磨損和無形磨損同步，可實現技術與經濟雙優化，使投資與耗費的總和達到最小值；對完全遭到有形磨損，而無形磨損還未到達的設備進行修理或原型更新，對無形磨損期早于有形磨損期的設備進行技術改造或技術更新，實現其局部或完全補償。

（作者單位：長江三峽通航管理局）