蓮湖泵站電動真空破壞閥漏氣故障分析及處理

雷遠輝

(廣東粵港供水有限公司, 廣東 深圳 518021)

1 概 述

東深供水工程是為香港、深圳和工程沿線的東莞城鎮提供原水的大型跨流域調水工程。蓮湖泵站是東深供水工程4期改造后的2級主干泵站，裝機8臺(6用2備)。泵站總設計流量100 m3/s，其中水泵是泵站的核心設備，由日本EBARA公司設計，是與長沙水泵廠合作制造的立式液壓全調節抽芯式混流泵，型號2600VZKNM，設計揚程為17.5 m，設計流量為16.7 m3/s。水泵驅動設備選用了東方電機廠生產的4臺TLJ2600—24型同步電機與4臺YLS2600—24型異步電機。

水泵機組采用的斷流方式為真空破壞閥斷流方式[1]，為保證可靠的斷流，在水泵機組出水流道駝峰頂上設置了2組真空破壞閥：一組為電動真空破壞閥，使用電動控制，同時具備手動操作打開的功能。另一組為氣動真空破壞閥，使用氣壓控制。

在機組剛啟動時，由于虹吸管內水位升高，管內空氣受到壓縮，產生正壓，氣動真空破壞閥能自動打開，放出一部分空氣，減少管內的正壓，降低水泵啟動揚程。

在機組停機時，真空破壞閥自動打開，將壓縮空氣放進虹吸管內，虹吸被破壞，管內水位很快降低，繼續向管內補氣，防止出口處的水翻過駝峰而形成反向虹吸。

在機組檢修時，打開電動真空破壞閥，防止因出口處水位較高，水流有可能翻越駝峰形成反向虹吸。

2 電動真空破壞閥的現狀

2.1 電動真空破壞閥體機械部分的結構特征

電動真空破壞閥體外形為扁壺狀(見圖1)，閥體分為外腔(空氣腔)與內腔(水腔)兩部分，兩閥瓣串在閥軸上，閥軸兩端由閥體兩側閥蓋內的自潤滑軸承支承，閥軸一端與電磁鐵機構連接，另一端有調節螺桿，可調節閥軸滑移行程。

在泵組運行工作時，電磁鐵吸合使閥軸兩閥瓣的橡膠密封圈壓合在內腔的兩閥座上，隔斷閥體內腔與外腔。在泵組停止運行時，電磁鐵松開，在彈簧作用下，閥軸右移，兩閥瓣脫離閥座，內腔與外腔連通，空氣即可進入輸水管內，破壞虹吸。在電動真空破壞閥自動控制功能失效，閥瓣未能正常開啟的狀態下，可以通過手動操作機構強制開啟，使閥軸右移；兩閥瓣脫離閥座，內腔與外腔連通，空氣即可進入輸水管內，破壞虹吸。閥體的密封形式為斜壓密封件，通過閥瓣將密封件強制擠壓在閥座的斜口面上形成密封。

2.2 電動真空破壞閥頻繁出現漏氣故障的情況

據不完全統計，各臺機組電動真空破壞閥平均每間隔3個月都會出現不同程度的漏氣，導致虹吸式出水流道密封不嚴實[1]。在對電動真空破壞閥的檢修中發現，出現漏氣的機組普遍是閥瓣密封圈出現老化開裂(見圖2)。通過更換密封圈后，破壞閥漏氣問題得到暫時解決或改善，但運行一段時間后漏氣問題仍然反復出現，檢修后改善效果不大。

2.3 真空破壞閥漏氣故障對機組運行存在很大的危害

(1)由于漏氣，會使得虹吸流道真空狀態受到破壞，導致水泵揚程增加；相應電機功率增加和流量減少(主要是流量減少)，從而導致機組的效率降低。根據漏氣量的不同，效率降低的程度有所不同。

(2)真空破壞閥漏氣會導致水泵揚程增大，電機功率增加，電機的運行工況變差。

(3)由于揚程的增加，水泵運行工況變差。

圖1 DN400電動真空破壞閥

圖2 密封圈老化開裂

3 故障原因分析

結合真空破壞閥的運行情況、漏氣故障處理檢修經驗及其結構特征綜合分析，漏氣產生的主要原因有2個：閥瓣與閥座配合間隙達不到密封的要求，密封圈老化開裂。造成這2個原因的主要因素有如下5點：

(1)2個閥瓣距離與缸體距離不一致，2個閥瓣不能同時實現密封。

(2)主軸中心與缸體中心線不一致，造成閥瓣密封面與止動板中心出現偏差，密封面局部出現間隙。

(3)閥瓣密封面與主軸中心不垂直，致使密封面不能全部實現無間隙，密封面局部出現漏氣。

(4)橡膠密封圈是橡膠制品，存在容易老化的問題。

(5)由于閥體密封圈在密封關閉過程中，電磁力較大，密封圈需要承載一定的沖擊力，所以關閉過程中會損壞密封圈。如果2個密封圈不同步，只有1個密封圈(或局部)受力，密封圈更容易損壞。

4 故障處理方案及具體實施步驟

4.1 處理方案

方案1：增大密圈外徑，改變密封形式[2]，將斜面密封改為平面密封；更換密封件材質，將橡膠材質改為硅膠材質。

方案2：改造閥座的結構，改變密封形式，將斜面密封改為平面密封；更換密封件材質，將橡膠材質改為硅膠材質。

方案3：更換新設備，密封形式為平面密封，使用性能更好的密封件。

以上3個方案均能解決漏氣的問題，綜合費用、工期、實施難度3個條件分析(見表1)，方案1實施起來成本最小，工期最短，實施難度最小。為保障泵站的正常生產，機組的可靠運行，最終選擇方案1實施。

表1 電動真空破壞閥漏氣處理方案比較

4.2 方案1的實施技術標準

為確保方案1的有效實施，在結合以往檢修經驗的情況下特制定了2項安裝的技術標準：

(1)調整密封圈的壓縮量，控制密封圈至壓板外沿距離6 mm，偏差<1 mm(見圖3)。

(2)測量閥瓣與閥座的配合間隙(見圖4)，間隙<0.10 mm。

圖3 閥瓣安裝新的硅膠材質的密封圈

圖4 配合間隙測量

4.3 方案1實施需要解決的基本問題

解決2個閥瓣密封同時無間隙接觸的處理辦法是通過調整閥瓣隔撐的長度和在閥軸限位處加墊實現的，在真空破壞閥關閉狀態，使用塞尺測量閥瓣的配合間隙(見圖5)。

圖5 DN400電動真空破壞閥結構

(1)如果閥瓣1存在間隙，說明閥瓣隔撐長度不夠，可以通過加墊方式處理，從而增加2個閥瓣的距離。

(2)如果閥瓣2存在間隙，說明閥瓣支撐過長，需要拆除隔撐，將隔撐進行加工，縮短其長度。

(3)如果閥瓣1、2都存在間隙，說明閥軸(靠閥瓣2)的限位不足，需要通過加墊來增加限位。

4.4 電動真空破壞閥漏氣故障處理效果

通過漏氣處理方案的選定，最終于2020年6月至8月期間分別在蓮湖泵站的1、2、4、6、8號機組的電動真空破壞閥上實施方案1；選用硅膠材質的密封圈，嚴格按照方案1的技術標準執行。截至2020年11月16日，所有實施方案1處理漏氣故障的電動真空破壞閥都沒有出現漏氣的情況。

5 結 語

通過采用硅膠制品密封圈替代橡膠制品的密封圈，改變密封方式，結合安裝手段控制閥瓣與閥座的配合間隙，在不改變設備主體結構、不更換新設備的前提下，以最小的代價解決蓮湖泵站電動真空破壞閥漏氣的問題，為機組的穩定運行提供了保障。通過實踐證明，這一拓寬思路的做法是可行有效的，再此需要感謝歷次檢修電動真空破壞閥的作業人員，因為有他們留下的寶貴檢修經驗才使得在解決蓮湖泵站電動真空破壞閥漏氣故障上得以突破。