水電廠制動器缺陷分析與處理

張慶忠 周金明 龍啟剛 嚴海濤

（新疆新能發展有限責任公司檢修公司一工區，新疆 庫爾勒 841000）

制動器在水輪發電機運行過程中承擔著機組停機的作用，當機組轉速降至額定轉速25 %時加閘制動，時間一般在1 min以內。如在制動過程中出現異常情況，將不能保證發電機組在規定時間內正常停機，嚴重時可造成人員傷亡、設備損壞以及經濟損失，為保證發電機組的安全、正常運行，必須對制動器在工作過程中出現的異常和缺陷情況進行有效的分析和研究。

1 制動器的主要作用以及工作狀態

制動系統主要有：制動器、油、氣管路、手動及自動控制裝置組成。

常見的水輪機制動為機械制動，一般以壓縮空氣為動力，當壓縮氣注入活塞缸內后頂起活塞，活塞上部是托板，制動閘板固定在托板上，閘板上升對轉子下部制動環產生摩擦阻力，降低轉速至轉子停止轉動。

制動器一般在小型水力發電機組對稱安裝4個，大型機組最多可達幾十個。它的基本要求：不漏油、漏氣，動作靈活，制動后迅速正確復位。在水電廠主要承擔機組制動，使發電機組按規定要求停機，具有操作簡單、部件組成少、維護量小、狀態穩定的特點，使得其在水電廠被廣泛采用。

在設備檢修時，油泵向制動器注入壓力油可承擔頂轉子作用，檢查推力瓦，轉子大軸分解、拆卸、連軸時，制動器起到千斤頂的作用，輔助檢修人員完成設備檢修工作。

機組停機時，水輪機導水機構關閉，切斷了水推力，轉輪失去轉動的水源，轉子轉速逐漸降低呈慣性旋轉，慣性下降到一定時，轉速就不能滿足機組推力瓦面油膜所需的旋轉速度，推力瓦與鏡板發生半干摩擦，缺少潤滑油會造成推力瓦損壞，這種情況下，需盡快將機組停止，縮短推力瓦半干摩擦工況運行時間。

可見水輪機開始停機時，即便導水葉已經關閉，但由于較大的轉動慣性，如不采取有效措施，這個階段將有一個巨大的磨損，如潤滑不良，將導致燒瓦事故，必須采取可靠、靈活的制動措施，縮短機組轉動時間。

因此，壓縮水輪發電機停止時，預防推力瓦毀壞，在規定的停止時間內必須在較低轉動速度區間對運行的水輪機機組進行持續剎車，保證機組運行安全。

2 制動器存在的缺陷與不足

結合我廠多年制動器在制動過程中出現的問題與缺陷分析，產生的具體問題有：1）制動時，閘板與旋轉的轉子制動環進行接觸，由于摩擦產生熱量，制動環長期受熱，易引起制動環材料疲勞、變形、產生金屬裂紋。2） 制動時，閘板與轉子制動環摩擦產生金屬顆?；蚍蹓m，隨發電機油槽內揮發的油霧混合成油污，吸附在發電機各部表面，尤其是轉子繞組表面，影響電氣繞組散熱，絕緣效果下降，為發電機的安全運行埋下隱患。3） 閘板的材料顆粒揮發到空氣中危及機組運行及人員健康。4）制動器上、下腔串油、串氣，引起頂起力不足，閘板下降、復位緩慢不靈活。5）管路中粉塵含量過高，引起活塞卡阻。6） 制動時，閘板受到轉子制動環摩擦產生傾斜力矩，使活塞處于向一側傾斜的推力，久而久之，密封圈受力不勻引起損傷，產生泄漏。

3 具體原因分析

制動器存在缺陷的具體原因有：1） 壓縮空氣或氣管路中有較多雜質，進入活塞缸，活塞上、下運動時粉塵顆粒劃傷活塞缸壁，出現劃痕、溝槽，引起活塞缸上、下腔串氣。2）壓縮空氣中水分較多，活塞缸壁產生銹蝕、凹凸，密封性不良，導致活塞不靈活，出現卡阻。3） 制動時，因閘板上升速度不一致導致受到的重量載荷不均衡，轉子制動環內、外圓直徑不同，產生的圓周速度不一致，使閘板在接觸制動環時產生一個旋轉力，出現制動閘板表面磨損不一致。4）轉子制動環平面凹凸不平整及摩擦受熱變形，使閘板受力不均勻，引起閘板磨損量不等而產生傾斜，進一步縮短閘板使用壽命。5）活塞密封圈是橡膠材料，活塞動作時受到磨損，引起密封效果下降，產生滲漏，導致上、下腔串氣。6） “O”形密封圈是標準件，受到擠壓變形后，不能起到密封作用，出現卡澀、動作緩慢。7）日常運行中，表現在停機后，制動閘板復位慢，閘板不能及時復位，影響機組自動運行。

4 處理方法

4.1 提高日常運行維護的規范程度減少粉塵影響

空壓機室應定期安排人員進行室內除塵，減少空氣中的粉塵顆粒，提高壓縮空氣純潔度，尤其在新疆，當出現揚沙及沙塵時，可及時安排人員采用吸塵器對空壓機室進行吸塵處理。另外空壓機也要定期進行濾芯清掃工作。

4.2 加強儲氣罐氣、水分離器定檢、巡視

為防止活塞缸出現銹蝕，要盡量減少空氣中的水分，空氣儲能罐應定期打開排污閥進行排污、排水及雜質清理。

4.3 提高空氣清潔度

在制動加閘柜總進氣閥進口前加裝空氣濾芯，進行二次過濾，過濾氣管路中的灰塵顆粒，防止制動器控制電磁閥因顆粒灰塵卡澀閥芯，使制動元件無法正常工作。

4.4 疏通管道，確保暢通

機組大、小修時，對輸氣管路進行疏通、清污工作，清除管道內沉淀的銹蝕、雜質，確保管路清潔、暢通。

4.5 選用合適材質閘板

對閘板磨損情況及時檢查，硬度必須保證在HB25～HB35，表面有燒蝕應及時更換，根據各自選用閘板的具體情況，也可翻面再次使用。

4.6 提高檢修工藝標準，提升維護質量

制動器回裝時，活塞進氣口、密封槽、活塞環槽應均勻涂抹潤滑油（透平油），密封條、“O”形圈在安裝時，必須謹慎、細致，不能扭曲及損傷表面，活塞落入活塞缸時，涂抹潤滑油，用銅棒輪換輕敲對稱4點，讓活塞緩慢下降落入活塞缸，防止用力過大，使活塞缸壁內圓棱角刮傷“O”形圈或直接切除部分“O”形圈材料，使“O”形圈報廢，造成重新裝配，而如未及時發現損傷，將對制動器的正常工作埋下隱患。

安裝就位后，通入工作氣壓做動作試驗，觀察活塞上升、下降情況，應靈活、迅速，復位正確，如無異常，可作耐壓試驗，氣壓提升至工作壓力1.25倍，30 min后壓力無明顯下降，各部接口無泄漏。

機組停機超過72 h，再次開機時，進行頂轉子，使上導油槽內的透平油進入推力軸承瓦面，保持30 s，充分潤滑推力軸承瓦面，使推力瓦與鏡板間重新建立油膜，建立良好可靠的運行狀態。

5 結語

總之，制動器在電力生產中占有非常重要的地位，工作過程中一旦出現制動不靈活的各類（卡澀、失靈、不動作）情況，將對人身、設備產生危害，要引起全面重視，結合制動器的各自特點，通過具體分析，完善檢修工藝及標準化作業，有針對性地進行檢查、維護，重點是設備日常的巡視檢查，通過具體的措施，及時發現異常狀態，以保證杜絕制動器各類問題，為電力生產奠定安全、堅實的基礎。