小型YT調(diào)速器卡阻故障分析與處理

劉 韋

（寶雞市馮家山水庫管理局，陜西 鳳翔 721405）

1 引言

小型機(jī)械液壓調(diào)速器在技術(shù)上較簡單，又能滿足小水電站和小電網(wǎng)自動化的要求，可用于混流式、軸流式或斜流定漿式水輪機(jī)的調(diào)節(jié)，因此它是在小水電站中應(yīng)用較廣的一種調(diào)速器。小水電站最常見的小型機(jī)械液壓調(diào)速器是YT型，小型YT調(diào)速器由測速系統(tǒng)、動力系統(tǒng)、放大系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)和輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)幾部分組成，其接力器工作容量有300、600、1000（10N·m）等。

2 故障及原因分析

2.1 故障概況

馮家山二級電站是馮家山水庫樞紐工程的一部分，位于渭河一級支流千河下游，地處陜西寶雞。電站為引水式，1994年建設(shè)，主要利用水庫棄水發(fā)電，裝機(jī)容量1×2000kW，水輪機(jī)采用HL220—WJ—84型，最大水頭51.7m，最小水頭48.2m，設(shè)計水頭50m，流量5.39m3/s，調(diào)速器配套為YT—1000型。正常運行時該站調(diào)速器工作狀態(tài)設(shè)定為自動液動狀態(tài)，調(diào)速器工作油壓整定在1.9～2.3MPa之間。

2009年6月二級電站在開機(jī)過程中，在液動狀態(tài)下操作開度限制手輪至5%，接力器移動，調(diào)速器無漏油現(xiàn)象，油壓裝置壓力正常。再操作開度限制手輪升高到15%，接力器停止移動，手動升高油壓到2.5MPa，接力器依然不能移動，調(diào)速器發(fā)生卡阻故障，導(dǎo)葉不能打開。此前有時在低油壓1.8～1.85MPa之間以及主接力器活塞在78%～82%開度的情況下，該調(diào)速器由于接力器容量不足發(fā)生卡阻故障。此時將油壓裝置最低油壓升高至1.9Mpa后調(diào)速器工作正常。

2.2 故障分析

小型YT調(diào)速器，動作時連帶關(guān)系比較復(fù)雜，其常見的故障原因不少于兩種，許多故障現(xiàn)象雖然相同，但原因卻不一樣。調(diào)速器卡阻不能啟閉導(dǎo)葉，一般由機(jī)械液壓元件損壞或機(jī)械故障，配壓閥卡塞，液壓油劣化失效等原因引起。另外調(diào)速器設(shè)計選配不當(dāng)，調(diào)速功選擇偏小，也是導(dǎo)致卡阻的誘因。

2.2.1 機(jī)械液壓元件故障

（1）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)保養(yǎng)不善，轉(zhuǎn)動部分軸承加油不及時。導(dǎo)葉的上、下軸承套內(nèi)沒有注潤滑脂，造成導(dǎo)葉軸轉(zhuǎn)動面銹蝕；導(dǎo)葉連桿軸套內(nèi)沒有涂潤滑脂，造成連桿銷及剪斷銷轉(zhuǎn)動面銹蝕；控制環(huán)軸面，徑向瓦塊沒有涂潤滑脂，造成導(dǎo)水機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動時磨擦阻力增大。

（2）控制環(huán)、導(dǎo)葉軸承間隙過小，同心度差，摩擦阻力太大。

（3）調(diào)速器接力器至導(dǎo)葉傳遞桿件某些部件剛度不足或轉(zhuǎn)動部分磨損造成其有歪斜卡阻現(xiàn)象。如調(diào)速軸與調(diào)速器支架軸瓦抱死，水輪機(jī)推拉桿軸卡阻，十字頭導(dǎo)向槽拉毛等。

（4）導(dǎo)葉間被混入雜物卡住或被泥沙堵塞，應(yīng)分析原因，消除蹩勁現(xiàn)象。

（5）液壓管路漏油大或油管直徑偏小，壓力損失過大，接力器內(nèi)油壓過低，操作無力。應(yīng)逐一檢查處理，提高接力器內(nèi)工作油壓。

（6）接力器活塞密封磨損，密封不嚴(yán)，接力器動作時油液漏損較多，造成兩腔壓差減小，調(diào)速功降低，應(yīng)處理密封，更換密封環(huán)。

（7）開度限制機(jī)構(gòu)故障。

（8）反饋系統(tǒng)卡磨，可造成主接力器活塞在65%～80%開度時發(fā)生卡阻。

2.2.2 配壓閥卡塞

配壓閥卡塞，導(dǎo)致接力器不能工作，其原因有：

（1）配壓閥活塞長期處于中間位置時，要使其移動，必須克服靜摩擦力，由于靜摩擦系數(shù)比動摩擦系數(shù)大得多，所以需要的移動力也要大得多。

（2）配壓閥襯套和活塞間存在徑向液壓卡緊力，液壓卡緊力使閥盤緊貼襯套，油膜減小，潤滑條件惡化，阻礙活塞運動。

（3）配壓閥襯套和活塞間隙中有油膜吸附力，間隙越小，吸附力越大。

2.2.3 油質(zhì)劣化

油內(nèi)有水、雜質(zhì)油泥或油氧化變質(zhì)，使油膜破壞，阻礙活塞運動。液壓系統(tǒng)運行的故障多數(shù)是由于液壓油污染劣化后更換不及時引起，因此，正確維護(hù)液壓系統(tǒng)及時更換失效液壓油對提高液壓設(shè)備運行的可靠性及經(jīng)濟(jì)性，延長系統(tǒng)和元件的使用壽命，保證設(shè)備安全運行，防止事故發(fā)生等有重要意義。

現(xiàn)場對液壓油質(zhì)量狀況的判斷方法：

（1）外觀顏色氣味判斷油質(zhì)變化

液壓油有乳白色懸浮顆粒，表明油中進(jìn)了水；油有刺激性臭味或顏色呈灰褐色表明氧化；

（2）油滴斑點實驗

取一滴被測液壓油滴在濾紙上，觀察斑點的變化情況，液壓油迅速擴(kuò)散，中間無沉積物，表明油品正常；液壓油擴(kuò)散慢，中間出現(xiàn)沉積物，表明油品劣化。

（3）棉球?qū)嶒?/p>

取干凈的棉球蘸少許被測液壓油，然后點燃，如聽到發(fā)出 “劈啪”炸裂聲和閃光現(xiàn)象表明油中有水。

經(jīng)檢查馮家山二級電站調(diào)速器透平油中有水，油質(zhì)劣化，造成液壓系統(tǒng)潤滑不良。

2.2.4 調(diào)速功不足

因調(diào)速器設(shè)計選配不當(dāng)，調(diào)速功選擇小了，導(dǎo)葉接力器操作力不夠，可按經(jīng)驗公式進(jìn)行換算，以選用合適的調(diào)速功。調(diào)速功經(jīng)驗公式：

式中：A—調(diào)速功，10N·m， 即Kgf·m；

Qmax—最大水頭下水輪機(jī)通過的最大流量，m3/s；

H—設(shè)計水頭，m；

D1—水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑，m。

馮家山二級電站設(shè)計水頭50m，最大流量5.4 m3/s，機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑 0.84m，調(diào)速功 1000（10N·m），將參數(shù)代入公式計算：

經(jīng)調(diào)速功經(jīng)驗公式計算，該站調(diào)速功選用偏小，如設(shè)備保養(yǎng)不善，操作導(dǎo)水機(jī)構(gòu)時調(diào)速功不足發(fā)生卡阻現(xiàn)象，應(yīng)加強(qiáng)設(shè)備保養(yǎng)。在允許情況下，可提高工作油壓或選用較大調(diào)速功的調(diào)速器。

3 故障處理

我們對可能引起調(diào)速器卡阻的原因進(jìn)行分析，對調(diào)速器進(jìn)行了全面的檢查。經(jīng)檢查，調(diào)速器主接力器活塞密封良好，調(diào)速器離心擺轉(zhuǎn)動良好，配壓閥活塞可正常移動，油壓管路壓力正常，無漏油現(xiàn)象。主油閥完好，壓力管路通暢。該調(diào)速器在正常運行中，工作油壓一直整定在1.9～2.3MPa之間，現(xiàn)升高油壓至2.5MPa，主接力器依舊不能正常工作。進(jìn)一步檢查水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉軸承存在銹蝕，調(diào)速器拐臂軸承潤滑不良。

由于該站調(diào)速功選用偏小，加之設(shè)備保養(yǎng)不善，操作導(dǎo)水機(jī)構(gòu)動作時，導(dǎo)致接力器容量不足。如導(dǎo)葉軸承、控制環(huán)滑塊、調(diào)速器拐臂等處軸承套加油不及時，十字頭導(dǎo)向槽拉毛等都會使接力器活塞移動時阻力增大。加之二級電站地處河床，室內(nèi)比較潮濕，造成透平油中水份增加，油質(zhì)劣化使接力器潤滑條件惡化，磨擦阻力增大，要想使其移動，需要用比正常運行條件下大的力，調(diào)速功不足，造成卡阻。同時該調(diào)速器還存在反饋系統(tǒng)卡磨，使主接力器在78%～82%開度時發(fā)生卡阻故障。

經(jīng)過對故障原因進(jìn)行詳細(xì)的分析討論，研究并采取合適的處理措施，對調(diào)速器進(jìn)行了大修。大修中更換掉原有的油，添加了新的合格透平油。同時為了減少能量傳遞損失對導(dǎo)葉與接力器之間的傳力杠桿軸承進(jìn)行了拆洗，調(diào)速器反饋系統(tǒng)更換了不合格零件， 再行裝配，并對轉(zhuǎn)動部分軸承套更換新的潤滑脂。手動緩慢操作調(diào)速器大手輪，帶動接力器活塞由全關(guān)到全開，再由全開到全關(guān)，全行程活動一次，使接力器油缸與活塞間重新形成油膜，然后在液動狀態(tài)按GB8564—88的檢驗標(biāo)準(zhǔn)要求，以16%額定工作油壓進(jìn)行動作試驗，導(dǎo)葉打開。調(diào)速器大修后，投入運行，工作正常。

4 結(jié)論

對這次調(diào)速器卡阻故障進(jìn)行事故分析與處理，總結(jié)經(jīng)驗，并根據(jù)生產(chǎn)規(guī)律制訂了防止事故的有效對策。調(diào)速器卡阻故障產(chǎn)生的原因較多，有不少故障是由兩種或兩種以上的原因引起，為預(yù)防此類故障發(fā)生，應(yīng)從以下做起：

（1）首先在設(shè)計時應(yīng)選配合適的調(diào)速器，并在制造安裝時提高設(shè)備安裝質(zhì)量。

（2）日常應(yīng)加強(qiáng)調(diào)速器維護(hù)保養(yǎng)，不要經(jīng)常打開調(diào)速器控制柜兩側(cè)的門，以免灰塵及飛蟲進(jìn)入，造成油質(zhì)破壞。定期開展安全大檢查，摸清設(shè)備運行狀況，采取措施消除設(shè)備存在的缺陷。

（3）停機(jī)期間，定期對調(diào)速器進(jìn)行動作試驗，防止油中水分或雜質(zhì)卡塞活塞。如發(fā)現(xiàn)卡塞活塞現(xiàn)象，應(yīng)使活塞與缸體間重新形成油膜，保證潤滑條件良好。

（4）運行過程中，加強(qiáng)巡回檢查制度管理，定時巡視調(diào)速器液壓管路、接力器有無漏油現(xiàn)象，壓力是否正常，發(fā)現(xiàn)問題急時處理，防止事故停機(jī)時調(diào)速功不足，造成調(diào)速器卡阻，水機(jī)導(dǎo)葉不能關(guān)閉，引起機(jī)組過速，威脅生產(chǎn)安全。

[1]金少士,王良佑.水輪機(jī)調(diào)節(jié)[M].北京:水利電力出版社,1991.

[2]李永國，韓國平,等.調(diào)速器調(diào)試與故障處理[M].北京:中國計劃出版社,1999.

[3]唐文品,等.小型水電站設(shè)備運行與操作規(guī)程[M].北京:中國計劃出版社,1999.