風(fēng)閘的常見故障及其檢修工藝

華志遠(yuǎn)

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

風(fēng)閘的常見故障及其檢修工藝

華志遠(yuǎn)

（湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

摘要：對五強溪電廠歷次C級、A級檢修中常見的風(fēng)閘故障及檢修方案作詳細(xì)說明，對風(fēng)閘內(nèi)部結(jié)構(gòu)及相關(guān)聯(lián)的氣系統(tǒng)、油系統(tǒng)做簡要介紹，結(jié)合檢修經(jīng)驗，闡述組裝及試壓方法。標(biāo)準(zhǔn)化檢修流程，為今后相似的檢修作業(yè)積累了經(jīng)驗，同時也分析了風(fēng)閘常見故障產(chǎn)生的原因及預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：風(fēng)閘；結(jié)構(gòu)；改進(jìn)措施；檢修流程

1　概述

五強溪水電廠裝設(shè)5臺混流式水輪機組，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用的功能。開停機相對比較頻繁，經(jīng)過改造后機組采用電氣、機械混合制動。風(fēng)閘系統(tǒng)是機組機械制動系統(tǒng)中的重要組成部分，由制動器、油氣管路、手動、自動控制裝置組成。制動器采用氣壓復(fù)位式，布置在轉(zhuǎn)子磁軛下方12個水泥支墩上，設(shè)除塵裝置，以防止制動時產(chǎn)生的粉塵污染定子。制動器設(shè)兩根管路，一根通油管，頂起轉(zhuǎn)子油壓為10MPa，機組制動時進(jìn)氣共用這根油管。另一根為活塞復(fù)歸時的進(jìn)氣管，兩管氣壓均為0.68MPa。

制動器主要結(jié)構(gòu)由底座、缸體、活塞、托板、制動板、夾板、擋板、大鎖定螺母、襯套、環(huán)件、“O”形密封圈、定位銷等部件組成，重300多kg。托板上部放置一塊矩形制動塊，制動塊寬度方向有定位夾板，托板長度方向兩端焊有擋塊，以固定制動塊，防止在加閘過程中松脫。

制動器的復(fù)位：制動器外圈有兩圈管路。一圈為制動、頂起管路；另一圈為復(fù)位管路，并與壓力源及電磁閥等控制元件相接。機組停機時，通過電磁配壓伐向各制動器活塞下部送入壓縮空氣，頂起活塞、托板使制動板與轉(zhuǎn)子磁軛下部的制動環(huán)摩擦減速。轉(zhuǎn)速降至零時，電磁配壓伐動作使活塞下腔排氣，同時從缸體側(cè)橫孔進(jìn)氣，氣壓作用在活塞上腔，將活塞壓下。

頂轉(zhuǎn)子：頂轉(zhuǎn)子時使用專用油泵，連接制動和頂起管路，先將排油伐開啟，將三通閥切換到油泵和進(jìn)油管的位置，關(guān)閉進(jìn)氣管閥門（防止壓力油上竄），打油一段時間直到?jīng)]有空氣排出，排油管路流油穩(wěn)定、均勻，然后關(guān)閉排油伐。油泵開始打壓，緩慢增至10 MPa后油壓基本不再上升，轉(zhuǎn)子被頂起，鏡板與推力瓦分離。然后人工將大鎖定螺母旋上，消壓。

2　風(fēng)閘使用過程中的常見問題及改進(jìn)措施

2.1風(fēng)閘動作緩慢

風(fēng)閘是比較成熟的產(chǎn)品，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，但同時管路綿長，各種接頭、法蘭較多，在使用過程中不可避免的會出現(xiàn)部分管路竄氣的現(xiàn)象，一般電廠會采用排氣與加氣同時進(jìn)行的控制方式。采用這種方式要求氣路比較順暢，如果管路老化，加上風(fēng)閘集成塊的電磁閥孔徑較小，有一定氣阻，如果風(fēng)閘盤根密封稍微差些就會出現(xiàn)竄氣的現(xiàn)象，使排氣與加氣壓力達(dá)到平衡，排氣管依然有一定壓力造成風(fēng)閘動作緩慢。

分析發(fā)現(xiàn)，風(fēng)閘復(fù)位時復(fù)位腔通氣、加閘腔排氣，兩者同時進(jìn)行，這時如果風(fēng)閘活塞存在很難避免的漏氣量，則兩個腔的氣壓差小，從而降低了風(fēng)閘活塞的密封性能，導(dǎo)致兩個腔竄起，風(fēng)閘因壓差小而動作緩慢。

改進(jìn)措施：改進(jìn)機組制動控制邏輯。復(fù)歸風(fēng)閘時，加閘腔先排氣，等待加閘腔的氣壓基本歸零時，經(jīng)延時后復(fù)歸腔再加氣，以保證兩腔始終保持一定氣壓差，試驗發(fā)現(xiàn)當(dāng)復(fù)歸腔與加閘腔的氣壓差達(dá)到一定時，風(fēng)閘動作迅速可靠。迅速的動作使風(fēng)閘活塞跨越漏氣量較大的區(qū)域，改善風(fēng)閘活塞的密封性能。風(fēng)閘動作的過程與復(fù)歸風(fēng)閘相反，復(fù)歸腔先排氣，等待復(fù)歸腔氣壓基本為零時，加閘腔再加氣。

2.2在頂起過程中部分風(fēng)閘不動作

經(jīng)過長期的運行，經(jīng)常會出現(xiàn)少數(shù)風(fēng)閘蹩死，活塞不動作的狀況。通常情況下有以下幾種可能性：

2.2.1風(fēng)閘缸體內(nèi)壁嚴(yán)重銹蝕

由于內(nèi)壁銹蝕，光潔度破壞，大大增加了粗糙度。缸體內(nèi)壁粗糙度不同，摩擦力有大有小，活塞隨著摩擦力大小不同出現(xiàn)傾斜運動，在缸體內(nèi)傾斜蹩卡，損傷缸體內(nèi)壁，造成缸體內(nèi)壁磨損嚴(yán)重，出現(xiàn)明顯溝痕。活塞壓力越大，傾斜度就越大，蹩卡就越嚴(yán)重，“O”型密封圈在密封槽里扭曲變形，出現(xiàn)活塞密封串氣。由于“O”型密封圈是橡膠制成，具有相當(dāng)強的彈性，而風(fēng)閘所處位置空間狹小，造成風(fēng)閘難以拆卸的問題。

改進(jìn)措施：提高風(fēng)閘的制造精度，缸體選用不易磨損的材質(zhì)。在大型檢修期間仔細(xì)檢查風(fēng)閘的銹蝕狀況和光潔度，對缸體進(jìn)行除銹處理，更換銹蝕嚴(yán)重或者出現(xiàn)嚴(yán)重裂紋的活塞。裝復(fù)時涂抹適量透平油，制作專用風(fēng)閘拆裝工具。

2.2.2缸體上的四個定位銷與托板卡死，難以動作。由于出廠時加工精度達(dá)不到要求，導(dǎo)致托板經(jīng)常卡塞，可以嘗試用撬棍撬動，頂轉(zhuǎn)子時可以嘗試上旋大鎖定螺母。

改進(jìn)措施：修磨四個定位銷，檢修時對定位銷做好標(biāo)記，裝復(fù)時按原先位置裝配。

2.2.3風(fēng)閘內(nèi)部雜質(zhì)較多，長期以來與透平油摻雜在一起，使密封圈膨脹吸附在缸體上出現(xiàn)卡塞。可以嘗試上旋大鎖定螺母看能不能松動，由于風(fēng)閘系統(tǒng)設(shè)計比較原始，一般性的C級檢修難以將制動器拆開，如果卡死風(fēng)閘數(shù)量不多不影響機組正常制動，可以待機組A級檢修時統(tǒng)一解體檢修。

改進(jìn)措施：使用雙活塞制動器。

雙活塞制動器的基本特點是油、氣管道系統(tǒng)分開獨立，采用雙活塞原理，即油壓活塞（下活塞）在最低部，推動上面的氣壓活塞（上活塞）頂轉(zhuǎn)子，排油時則通過高壓氣向下壓油壓活塞進(jìn)行復(fù)位（見圖1）。平常例動加閘時則反給氣壓，頂起氣壓活塞制動，撤銷風(fēng)壓或者加閘即可復(fù)位。2個活塞均裝有一道耐油橡膠密封圈。其最大的優(yōu)點是氣壓活塞的密封圈不與油接觸，油壓活塞密封圈雖然與油接觸，即使膨脹受阻落不下來在卸壓排油后,再給一次風(fēng)壓，即可將油壓活塞壓下復(fù)位，保證動作靈活。

圖1　制動器結(jié)構(gòu)圖

上述新的改進(jìn)辦法比較容易在原有的基礎(chǔ)上改進(jìn)，一般水電廠現(xiàn)場可進(jìn)行加工，即利用原有制動器的活塞缸鉆一進(jìn)氣孔,將原活塞車削短一截并加“O”型密封圈槽，在此基礎(chǔ)上，新做一個新的圓盤作下活塞，油、氣管路分開，將原給油、氣管路改為給油管,增加一條給氣管即可。不過,雙活塞結(jié)構(gòu)制動器，由于油、氣分家，進(jìn)氣段氣缸腔內(nèi)因壓縮空氣濕度的關(guān)系，易造成銹蝕，所以在組裝時應(yīng)在腔壁上涂一層稀油防止銹蝕。

2.3頂轉(zhuǎn)子過程緩慢，甚至控制柜竄油

頂轉(zhuǎn)子過程明顯過于緩慢時，參考油桶內(nèi)油量，如果用油超過以往則可以確定管路漏油或者制動器竄油。

改進(jìn)措施：簡化、合理規(guī)劃管路，選用質(zhì)量良好的密封圈、密封條。在合適的部位增設(shè)保護(hù)閥、排油管路。

2.4機械式行程開關(guān)故障率高，檢測可靠性差

在一般老廠中，機械式行程開關(guān)應(yīng)用比較廣泛。但是隨著機組制動環(huán)的磨損，以及制動時閘塊的劇烈振動，會導(dǎo)致數(shù)毫米的誤差。另外，部分機械式行程開關(guān)存在動作死區(qū)，在檢測過程中經(jīng)常產(chǎn)生拒動或誤動，導(dǎo)致檢測結(jié)果與風(fēng)閘的實際位置不符。同時，由于風(fēng)閘制動時劇烈振動，或因為對行程開關(guān)調(diào)整不當(dāng)?shù)仍颍箼C械開關(guān)可能會被風(fēng)閘行程傳動機構(gòu)撞壞。

改進(jìn)措施：將紅外光電控制技術(shù)應(yīng)用于風(fēng)閘檢測。紅外光電控制具有不接觸、靈敏度高、抗干擾能力強和功耗低等許多優(yōu)點。利用其原理制造的紅外光控風(fēng)閘位置檢測開關(guān)具有較高的精度和可靠性，數(shù)據(jù)直觀、維護(hù)方便。

3　風(fēng)閘解體檢修工藝

以五強溪電廠風(fēng)閘系統(tǒng)檢修為例

3.1風(fēng)閘拆除

3.1.1拆開跟風(fēng)閘連接的油氣管路和吸塵器等。

3.1.2測量風(fēng)閘高程。

3.1.3松開風(fēng)閘基座固定螺栓。

3.1.4將風(fēng)閘依次吊出，安放在指定位置。

3.2風(fēng)閘解體

3.2.1準(zhǔn)備好風(fēng)閘解體專用龍門架，掛上2 t的葫蘆。

3.2.2拆除制動板夾板固定螺釘，取下夾板、制動板，做好各部件相對位置的記號。

3.2.3拆除托板與活塞連接螺栓，抬出托板，并將托板與活塞的接觸面清理干凈。

3.2.4拆除壓環(huán)上的緊固螺釘，取出壓環(huán)。

3.2.5拔出風(fēng)閘下腔堵住進(jìn)油孔的破布，用銅棒輕敲落下活塞。

3.2.6用起子取出分瓣環(huán)鍵。

3.2.7在活塞上擰上吊耳，利用龍門架、葫蘆、鋼絲繩將活塞吊出。

3.2.8拔出襯套，使活塞與襯套分離。

3.2.9拆除襯套與活塞上的密封圈，并準(zhǔn)備好相同規(guī)格的密封圈，核對型號與尺寸。

3.2.10清洗各個零部件，修磨配合面的毛刺與劃痕，在配合面涂抹潔凈的透平油。

3.2.11在活塞和襯套的密封槽內(nèi)安裝新的“O”型密封條，檢查密封條應(yīng)無破損、老化等不良現(xiàn)象，壓縮量足夠。

3.2.12在襯套內(nèi)壁和活塞上半部分的外壁均勻涂抹潔凈的透平油，然后將襯套壓入活塞。

3.2.13在襯套外壁和活塞下半部分的外壁均勻涂抹潔凈的透平油，然后吊裝壓入活塞，裝入時注意對準(zhǔn)，慢慢下放以防卡塞。

3.2.14安裝分瓣環(huán)鍵，環(huán)鍵表面應(yīng)涂抹潔凈的透平油。

3.2.15將活塞向上吊起，活塞起升的同時帶動襯套一起向上，當(dāng)襯套升至裝配位置時停止起升，并用浸油的破布堵住進(jìn)氣孔。

3.2.16安裝壓板，注意安裝方位應(yīng)與拆卸時相同，裝復(fù)緊固螺釘。

3.2.17安裝制動板，安裝前應(yīng)在底座外圓與制動板的配合面上均勻涂抹潤滑脂，注意安裝方位應(yīng)與拆卸時相同，裝復(fù)制動板與活塞的連接螺釘。

3.2.18安放制動板，當(dāng)制動板磨損較嚴(yán)重，或存在缺陷時，應(yīng)予以更新。

3.3風(fēng)閘防腐試壓

3.3.1將制動器整體吊起，安裝試壓用限位卡板、墊板，然后將制動器落放在地面。

3.3.2在制動器下部的壓力口安裝高壓軟管，與電動試壓泵相連。

3.3.3啟動試壓泵，打壓至15MPa的試驗壓力，保壓30min，應(yīng)無壓降，各密封面應(yīng)無滲漏。

3.3.4開啟試壓泵上的泄壓閥，將制動器內(nèi)的透平油消壓至0。

3.3.5拆除制動器下部壓力口安裝的高壓軟管，排出制動器缸體內(nèi)的透平油。

3.3.6將制動器整體吊起，拆除試壓用限位卡板。

4　風(fēng)閘事故的防范措施

（1）定期進(jìn)行解體檢修，對管路進(jìn)行檢查，使用合格的密封圈及各種配件。

（2）標(biāo)準(zhǔn)化操作流程。制訂詳細(xì)的頂轉(zhuǎn)子作業(yè)流程卡，規(guī)范作業(yè)流程與操作順序，防止誤操作發(fā)生。

5　結(jié)語

許多電廠的風(fēng)閘系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原始，設(shè)備老化，給制動系統(tǒng)的安全性帶來了困擾，為了減少故障率，需要對風(fēng)閘系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)、升級改造，或者改進(jìn)制動方式（電氣制動、混合制動），為機組提供安全穩(wěn)定的運營環(huán)境。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳喜新.水輪發(fā)電機組風(fēng)閘制動系統(tǒng)故障分析與改進(jìn)[C]//南方十三省（區(qū)、市）水力發(fā)電工程學(xué)會聯(lián)合會暨學(xué)術(shù)交流會論文集，2009.11.

[2]張慶賀，張淼.水輪發(fā)電機風(fēng)閘氣管路改造[J].水電站機電技術(shù)，2013，36（02）.

中圖分類號：TV734.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）08-0062-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.018

收稿日期：2015-05-04

作者簡介：華志遠(yuǎn)（1991-），男，從事水電廠發(fā)電機設(shè)備檢修工作。