蝶閥封閉故障分析及處理方法發(fā)布時間：23-03-25

蝶閥封閉故障分析及處理方法

1 故障蝶閥概況

蝶閥總裝包括閥體、活門、工作主密封、軸承、轉臂、接力器、鎖定裝置、重錘和旁通閥等。蝶閥閥體采用鑄焊整體結構，閥體與工作密封圈接觸處采用不銹鋼材料，延長了密封圈的使用壽命并進步了密封機能。閥門的密封設在下游側，密封面采用斜面結構，因而有很好的密封機能。閥體的底部有 8 條地腳螺栓作為固定閥體用，能承受接力器向上推力和動水作用在活門上的向上分力，而不能承受活門全關時的水推力。為增加活門在動水封閉時的自封閉力矩，活門與閥體均按偏置設計，其幾何中央與滾動中央偏移 50mm，增加了封閉的可靠性。閥門的主工作密封采用實心異形橡膠放在活門周邊，用壓圈和壓緊螺釘緊固在活門上，為了保證密封圈可調和且調節(jié)后定位，設有鎖緊螺釘加以固定。閥軸采用 40Cr 鍛鋼材料，與軸承和軸端密封接觸處采用鍍鉻保護，與活門采用插人圓柱銷固定。軸承由鋼套和銅瓦組成，銅瓦材料為鑄鋁青銅（ZCuAl1OFe3)，軸端密封采用 U 形支承環(huán)密封圈，密封力可調，更換利便。

該閥布置 2 臺直徑 200mm 直缸搖晃式接力器，接力器的活塞桿通過轉臂與閥軸相連，活塞桿表面鍍鉻處理。緊急切斷閥活塞與缸體問密封采用 O 形圈與聚四氟乙稀組合式密封圈；接力器缸內設有二段封閉裝置和節(jié)流緩沖結構，外部采用高壓軟管連接。
控制系統(tǒng)。蝶閥的開啟采用閥門液壓控制裝置供油，推動接力器把活門和重錘至全開后采用油壓鎖錠，鎖錠油源來自于調速器油壓裝置。當機組發(fā)生事故或需正常停機時，切換鎖錠油源脫開，蝶閥依賴自身所配置的 2 個重錘（各 3.5 t）和水力作用至活門全關，起到堵截水流和保護機組的作用。
2 故障現象
蝶閥封閉過程中，當蝶閥封閉至全行程的約 95% 時，蝶閥轉臂（重錘）休止著落，蝶閥不能自行到達全關位置。這與蝶閥只能在全開或全關 2 個位置相矛盾，蝶閥位置處于不定態(tài)，造成漏水量較大，引起較強的噪聲，給水電站的檢驗運行帶來了較大的安全隱患。
3 原因分析
3.1 油管路方面
泛起這種現象有可能是因為回油管路排油不暢引起接力器關側油腔油未排盡，由此造成接力器活塞不能完全回復至全關位置，導致蝶閥轉臂著落不能到達大行程，引起蝶閥關不到全關位置。
就此對操縱油管路進行檢查，對于管路上的油閥門進行分解檢查，確保操縱油管路暢通無阻。
3.2 接力器結構
為了降低在封閉過程中接力器活塞沖擊接力器油底部的速度和壓力，在操縱接力器缸內設有二段封閉裝置，即節(jié)流緩沖結構。
對接力器節(jié)流緩沖結構進行清洗并對接力器節(jié)流閥進行調整，加大節(jié)流閥啟齒，使回油的流量變大，節(jié)流閥前、后的壓差變小，有利于接力器活塞的著落。同時，檢查發(fā)現接力器活塞桿表面鍍鉻層完好，無銹蝕卡澀跡象。
用以上 2 種方法進行處理后，沒有顯著的效果，說明蝶閥不能到達全關位置的原因與操縱系統(tǒng)（操縱管路及接力器裝置）無關。
3.3 在蝶閥封閉過程中封閉蝶閥所需力矩小于軸承處所受到的摩擦阻力矩
為了防止泥沙淤積妨礙閥門開啟，蝶閥下緣逆水流封閉，動水力矩 M 老是趨向使活門封閉，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。
活門封閉時，水完全靜止，活門上承受靜水壓力。因為活門上、下的位置差異，靜水壓力的作用中央在活門中央線以下，這樣，對于臥軸蝶閥活門，就產生了使活門滾動的靜水力矩。
蝶閥處于接近全關的位置不能正常封閉。
在閥門操縱中，操縱機構各滾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門。
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，所以在高水頭 121.5m 時，蝶閥可以靠本身配置的重錘進行自動封閉。而要泛起蝶閥不能自動封閉現象必需的前提是 μ＞0.27。因此可以得出以下結論：
蝶閥在運行 2 年以后，在封閉時泛起了不同程度的關不到全關位置的現象。我們分析以為，泛起這種情況的原因有以下 2 點：
（1）蝶閥在經由 2 年多的運行后，閥軸和軸承之間有可能泛起泥沙沉淀，導致閥軸和軸承之間的間隙減小，軸承摩擦因數增加。在閥門的封閉過程中，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封閉的力矩，這個阻力矩與軸承的摩擦因數成正比，當阻力矩大于閥門封閉力矩時會泛起上述現象。
（2）軸承經由一段時間運行后，軸承潤滑面可能有侵蝕，軸承泛起了磨損，摩擦因數增加，也會導致上述現象。
4 處理方法
（1）改變封閉蝶閥的操縱程序。在封閉蝶閥的同時，打開旁通閥，在關閥結束后，再封閉旁通閥。這樣，可以讓蝶閥在封閉過程中前、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，大大降低了封閉時的摩擦阻力，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，從而增加蝶閥封閉時的重錘力矩，使蝶閥在軸承摩擦系數增大時也能順利封閉。
在以上 2 種方法中，假如采用第 2 種方法進行改造，蝶閥可在一段時間內比較順利地自行封閉，但運行時間長了以后，跟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封閉，甚至需更換新軸承。因此，在考慮到處理上述題目的難度和電站的安全經濟運行，在采用了修改蝶閥封閉流程的方法，如圖 1 所示（圖中灰色為改進增加流程部門）。
5 實際應用情況
芹山水電站蝶閥封閉流程經由改進后，在封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封閉。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，改進后蝶閥運行不亂，自行封閉正常，封閉效果良好。
同時考慮到機組過速時，因調速器主配壓閥拒動，需使蝶閥封閉來防止機組過速。在這種方式下，為防止因為封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，封閉導葉，防止機組飛逸。
6 結束語
應用該封閉流程的蝶閥，因為在封閉時蝶閥前、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驗周期，同時也保證了蝶閥的不亂運行，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，好不要采用該種帶自封閉裝置的蝶閥，由于采用帶自封閉裝置的蝶閥，運行時間長了以后，跟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，蝶閥終將不會自行封閉。這必將增加蝶閥檢驗次數，減少蝶閥使用壽命，不利于水電站的安全經濟不亂運行。