水輪機進口蝶閥拒動原因查找及系統(tǒng)改造方法

劉進雄，樂建華

（中國華電香港有限公司，北京 100031）

某電站四臺機組投產(chǎn)運行6 年，每臺機組配置一個蝶閥，用于機組故障緊急關(guān)閉或檢修隔離。四臺機組蝶閥為PDF154-WY-380 雙重錘蝶閥，蝶閥操作方式為液壓開閥，自重關(guān)閥。

機組投運不到一年，四臺機組蝶閥先后發(fā)生拒關(guān)故障，四臺機組均有發(fā)生且累計次數(shù)較多。雖在發(fā)生第一次拒關(guān)故障時，即迅速采取了增加臨時配重、定期開關(guān)試驗等措施，但仍未徹底解決問題，對機組的安全穩(wěn)定運行造成了威肋。

1 因果圖法原因分析

為查找故障原因并徹底消除故障缺陷，提升機組的安全運行水平，根據(jù)原因分析因果圖法對故障產(chǎn)生的可能性進行逐條分析，如圖1。

現(xiàn)場進行多次開關(guān)試驗，試驗結(jié)果如表1 所示。

經(jīng)多方驗證，確定蝶閥拒關(guān)故障的主要原因為：

（1）設(shè)計不完善，關(guān)閥力矩較小是根本原因。蝶閥開啟時，重錘趨于垂直，重錘軸線角度現(xiàn)只有15°；若增加到25°，重錘力矩將增加63.3%（sin15°=0.259，sin25°=0.423），將會有效增大關(guān)閥力矩。原設(shè)計考慮重錘到承重墻空間太小，重錘角度加大時與接力器太近，基于安全考慮，重錘角度不能太大，且機組及蝶閥已投運，不可能再更改廠房結(jié)構(gòu)，但可以通過其他手段增加關(guān)閥力矩。

圖1 蝶閥拒關(guān)因果圖分析

表1 蝶閥關(guān)閉試驗情況統(tǒng)計表

表2 增加關(guān)閥力矩方案

（2）隨著蝶閥運行時間延長導致閥軸摩擦力矩增大是重要原因。從臨時配重過程可以看出，關(guān)閥力矩與阻力矩基本處于平衡臨界狀態(tài)，安裝過后其他力矩都是不變的，變化增大的只有是閥軸摩擦力。閥軸摩擦力矩主要來自閥軸內(nèi)端的Yx 密封圈、軸承和閥軸外端的填料。Yx密封圈的摩擦力矩主要來自于管道內(nèi)水的壓力，變化不會很大，不足以產(chǎn)生較大的阻力矩來阻止蝶閥關(guān)閉；軸承的摩擦力矩與軸承的摩擦系數(shù)有關(guān)，隨著運行時間的推移，軸承摩擦系數(shù)會逐步增加，軸承摩擦力矩增大；填料摩擦力矩與調(diào)節(jié)螺栓的預緊力和填料摩擦系數(shù)有關(guān)，摩擦力矩也會隨摩擦系數(shù)增大而增大（表2）。

2 改造方案比選及實施

經(jīng)過前期調(diào)研及數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，決定對四臺機蝶閥進行技術(shù)改造，為了確保實施的有效性，在制定技改方案前進行了技改方案的選擇。最終確定的解決方案為：

2.1 在原蝶閥重錘上焊接永久配重塊

（1）確定配重塊材料和重量；（2）選擇增重塊與原重錘的連接方式；（3）繪制配重塊加工圖并加工制作；（4）吊出原重錘，焊接配重塊；（5）回吊重錘。

2.2 結(jié)合機組小修，對原先蝶閥關(guān)閥回路增加液壓關(guān)閥功能

（1）確定增設(shè)液壓關(guān)閥方案并出圖紙；（2）現(xiàn)場裝設(shè)液壓回路；（3）液壓系統(tǒng)調(diào)試。

2.3 更換蝶閥填料

制定了具體的技術(shù)改造對策，從1#機開始，完成后再進行其三臺機的技術(shù)改造：

（1）在重錘上配置永久重塊。①聯(lián)系蝶閥廠家，確定配重塊材料和重量。選取的材料為鋼板，與原重錘相同；結(jié)合現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)，加上一定裕度，計算配重塊重量為單側(cè)2 噸，兩側(cè)共4 噸。②討論增重塊與原重錘的連接方式，在焊接和螺栓連接兩種方案中選擇（表3）。③繪制配重塊加工圖（圖2），聯(lián)系金邊廠家按圖紙要求制作，并交貨驗收。④選擇停機機會，組織人員做好安全措施，吊出蝶閥上的重錘，吊至安裝場焊接配重塊。⑤重錘配重塊焊接完成后，檢查焊接質(zhì)量達標，將重錘回裝至蝶閥，檢查安裝牢靠，符合連接要求。

表3 連接方案比選

圖2 配重塊加工圖

（2）增設(shè)液壓關(guān)閥回路。①討論增設(shè)液壓關(guān)閥回路改造方案，堅持改動最小、關(guān)閥有效的原則，利用原液壓回路的備用接口，確定僅在主油缸的有桿腔增加一條壓力油路，在關(guān)閉蝶閥時，給主油缸的有桿腔供給壓力油，即可實現(xiàn)液壓輔助關(guān)閥（圖3 和圖4）。②利用停機機會，對蝶閥液壓回路進行技改。焊接副油路，從蓄能器壓力油管加一個三通接頭，將壓力油接到副油路塊，回油接到回油濾油器進油管，副油路塊右邊出油管連接主油缸有桿腔。③液壓回路改造完成后，對蝶閥液壓系統(tǒng)進行調(diào)試，經(jīng)試驗多次，增設(shè)液壓回路均動作正常，接力器均能動作到位。

圖3 改造前液壓回路圖

圖4 改造后液壓回路圖

3 處置情況及試驗結(jié)果

3.1 永久配重措施實施情況

截至2018 年12 月15 日，該電站按照廠家提供的圖紙，完成4 臺蝶閥永久配重工作（表4）。

表4 配重前后開關(guān)閥試驗情況

3.2 蝶閥液壓系統(tǒng)改造情況

按照蝶閥液壓改造計劃，蝶閥廠家現(xiàn)場實施液壓系統(tǒng)改造，為控制開關(guān)閥過快，適度調(diào)整了開關(guān)閥時間（表5）。

表5 液壓改造前后開關(guān)閥試驗情況

蝶閥技術(shù)改造后，經(jīng)過專家評審認為實施了增加永久配重和液壓關(guān)閉改造等措施，改造后測試數(shù)據(jù)表明關(guān)閥、開閥時間滿足設(shè)計要求。目前經(jīng)6 個月的觀察，兩臺機組蝶閥運行正常，開啟關(guān)閉正常，開啟關(guān)閉時間均符合要求，未再發(fā)生拒關(guān)現(xiàn)象，可見蝶閥拒關(guān)故障已徹底解決，試驗情況見表6。

根據(jù)設(shè)計單位印發(fā)的《自動化元件整定值通知單》，四臺機組主閥開閥時間為105s，調(diào)節(jié)范圍90 ～120s 可調(diào)；關(guān)閥時間為95s，調(diào)節(jié)范圍60 ～120s 可調(diào)。

表6 配重及液壓改造前后開關(guān)閥試驗情況