风闸的常见故障及其检修工艺

华志远

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

风闸的常见故障及其检修工艺

华志远

（湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

摘要：对五强溪电厂历次C级、A级检修中常见的风闸故障及检修方案作详细说明，对风闸内部结构及相关联的气系统、油系统做简要介绍，结合检修经验，阐述组装及试压方法。标准化检修流程，为今后相似的检修作业积累了经验，同时也分析了风闸常见故障产生的原因及预防措施。

关键词：风闸；结构；改进措施；检修流程

1　概述

五强溪水电厂装设5台混流式水轮机组，在系统中担负调峰、调频及事故备用的功能。开停机相对比较频繁，经过改造后机组采用电气、机械混合制动。风闸系统是机组机械制动系统中的重要组成部分，由制动器、油气管路、手动、自动控制装置组成。制动器采用气压复位式，布置在转子磁轭下方12个水泥支墩上，设除尘装置，以防止制动时产生的粉尘污染定子。制动器设两根管路，一根通油管，顶起转子油压为10MPa，机组制动时进气共用这根油管。另一根为活塞复归时的进气管，两管气压均为0.68MPa。

制动器主要结构由底座、缸体、活塞、托板、制动板、夹板、挡板、大锁定螺母、衬套、环件、“O”形密封圈、定位销等部件组成，重300多kg。托板上部放置一块矩形制动块，制动块宽度方向有定位夹板，托板长度方向两端焊有挡块，以固定制动块，防止在加闸过程中松脱。

制动器的复位：制动器外圈有两圈管路。一圈为制动、顶起管路；另一圈为复位管路，并与压力源及电磁阀等控制元件相接。机组停机时，通过电磁配压伐向各制动器活塞下部送入压缩空气，顶起活塞、托板使制动板与转子磁轭下部的制动环摩擦减速。转速降至零时，电磁配压伐动作使活塞下腔排气，同时从缸体侧横孔进气，气压作用在活塞上腔，将活塞压下。

顶转子：顶转子时使用专用油泵，连接制动和顶起管路，先将排油伐开启，将三通阀切换到油泵和进油管的位置，关闭进气管阀门（防止压力油上窜），打油一段时间直到没有空气排出，排油管路流油稳定、均匀，然后关闭排油伐。油泵开始打压，缓慢增至10 MPa后油压基本不再上升，转子被顶起，镜板与推力瓦分离。然后人工将大锁定螺母旋上，消压。

2　风闸使用过程中的常见问题及改进措施

2.1风闸动作缓慢

风闸是比较成熟的产品，结构简单，使用方便，但同时管路绵长，各种接头、法兰较多，在使用过程中不可避免的会出现部分管路窜气的现象，一般电厂会采用排气与加气同时进行的控制方式。采用这种方式要求气路比较顺畅，如果管路老化，加上风闸集成块的电磁阀孔径较小，有一定气阻，如果风闸盘根密封稍微差些就会出现窜气的现象，使排气与加气压力达到平衡，排气管依然有一定压力造成风闸动作缓慢。

分析发现，风闸复位时复位腔通气、加闸腔排气，两者同时进行，这时如果风闸活塞存在很难避免的漏气量，则两个腔的气压差小，从而降低了风闸活塞的密封性能，导致两个腔窜起，风闸因压差小而动作缓慢。

改进措施：改进机组制动控制逻辑。复归风闸时，加闸腔先排气，等待加闸腔的气压基本归零时，经延时后复归腔再加气，以保证两腔始终保持一定气压差，试验发现当复归腔与加闸腔的气压差达到一定时，风闸动作迅速可靠。迅速的动作使风闸活塞跨越漏气量较大的区域，改善风闸活塞的密封性能。风闸动作的过程与复归风闸相反，复归腔先排气，等待复归腔气压基本为零时，加闸腔再加气。

2.2在顶起过程中部分风闸不动作

经过长期的运行，经常会出现少数风闸蹩死，活塞不动作的状况。通常情况下有以下几种可能性：

2.2.1风闸缸体内壁严重锈蚀

由于内壁锈蚀，光洁度破坏，大大增加了粗糙度。缸体内壁粗糙度不同，摩擦力有大有小，活塞随着摩擦力大小不同出现倾斜运动，在缸体内倾斜蹩卡，损伤缸体内壁，造成缸体内壁磨损严重，出现明显沟痕。活塞压力越大，倾斜度就越大，蹩卡就越严重，“O”型密封圈在密封槽里扭曲变形，出现活塞密封串气。由于“O”型密封圈是橡胶制成，具有相当强的弹性，而风闸所处位置空间狭小，造成风闸难以拆卸的问题。

改进措施：提高风闸的制造精度，缸体选用不易磨损的材质。在大型检修期间仔细检查风闸的锈蚀状况和光洁度，对缸体进行除锈处理，更换锈蚀严重或者出现严重裂纹的活塞。装复时涂抹适量透平油，制作专用风闸拆装工具。

2.2.2缸体上的四个定位销与托板卡死，难以动作。由于出厂时加工精度达不到要求，导致托板经常卡塞，可以尝试用撬棍撬动，顶转子时可以尝试上旋大锁定螺母。

改进措施：修磨四个定位销，检修时对定位销做好标记，装复时按原先位置装配。

2.2.3风闸内部杂质较多，长期以来与透平油掺杂在一起，使密封圈膨胀吸附在缸体上出现卡塞。可以尝试上旋大锁定螺母看能不能松动，由于风闸系统设计比较原始，一般性的C级检修难以将制动器拆开，如果卡死风闸数量不多不影响机组正常制动，可以待机组A级检修时统一解体检修。

改进措施：使用双活塞制动器。

双活塞制动器的基本特点是油、气管道系统分开独立，采用双活塞原理，即油压活塞（下活塞）在最低部，推动上面的气压活塞（上活塞）顶转子，排油时则通过高压气向下压油压活塞进行复位（见图1）。平常例动加闸时则反给气压，顶起气压活塞制动，撤销风压或者加闸即可复位。2个活塞均装有一道耐油橡胶密封圈。其最大的优点是气压活塞的密封圈不与油接触，油压活塞密封圈虽然与油接触，即使膨胀受阻落不下来在卸压排油后,再给一次风压，即可将油压活塞压下复位，保证动作灵活。

图1　制动器结构图

上述新的改进办法比较容易在原有的基础上改进，一般水电厂现场可进行加工，即利用原有制动器的活塞缸钻一进气孔,将原活塞车削短一截并加“O”型密封圈槽，在此基础上，新做一个新的圆盘作下活塞，油、气管路分开，将原给油、气管路改为给油管,增加一条给气管即可。不过,双活塞结构制动器，由于油、气分家，进气段气缸腔内因压缩空气湿度的关系，易造成锈蚀，所以在组装时应在腔壁上涂一层稀油防止锈蚀。

2.3顶转子过程缓慢，甚至控制柜窜油

顶转子过程明显过于缓慢时，参考油桶内油量，如果用油超过以往则可以确定管路漏油或者制动器窜油。

改进措施：简化、合理规划管路，选用质量良好的密封圈、密封条。在合适的部位增设保护阀、排油管路。

2.4机械式行程开关故障率高，检测可靠性差

在一般老厂中，机械式行程开关应用比较广泛。但是随着机组制动环的磨损，以及制动时闸块的剧烈振动，会导致数毫米的误差。另外，部分机械式行程开关存在动作死区，在检测过程中经常产生拒动或误动，导致检测结果与风闸的实际位置不符。同时，由于风闸制动时剧烈振动，或因为对行程开关调整不当等原因，使机械开关可能会被风闸行程传动机构撞坏。

改进措施：将红外光电控制技术应用于风闸检测。红外光电控制具有不接触、灵敏度高、抗干扰能力强和功耗低等许多优点。利用其原理制造的红外光控风闸位置检测开关具有较高的精度和可靠性，数据直观、维护方便。

3　风闸解体检修工艺

以五强溪电厂风闸系统检修为例

3.1风闸拆除

3.1.1拆开跟风闸连接的油气管路和吸尘器等。

3.1.2测量风闸高程。

3.1.3松开风闸基座固定螺栓。

3.1.4将风闸依次吊出，安放在指定位置。

3.2风闸解体

3.2.1准备好风闸解体专用龙门架，挂上2 t的葫芦。

3.2.2拆除制动板夹板固定螺钉，取下夹板、制动板，做好各部件相对位置的记号。

3.2.3拆除托板与活塞连接螺栓，抬出托板，并将托板与活塞的接触面清理干净。

3.2.4拆除压环上的紧固螺钉，取出压环。

3.2.5拔出风闸下腔堵住进油孔的破布，用铜棒轻敲落下活塞。

3.2.6用起子取出分瓣环键。

3.2.7在活塞上拧上吊耳，利用龙门架、葫芦、钢丝绳将活塞吊出。

3.2.8拔出衬套，使活塞与衬套分离。

3.2.9拆除衬套与活塞上的密封圈，并准备好相同规格的密封圈，核对型号与尺寸。

3.2.10清洗各个零部件，修磨配合面的毛刺与划痕，在配合面涂抹洁净的透平油。

3.2.11在活塞和衬套的密封槽内安装新的“O”型密封条，检查密封条应无破损、老化等不良现象，压缩量足够。

3.2.12在衬套内壁和活塞上半部分的外壁均匀涂抹洁净的透平油，然后将衬套压入活塞。

3.2.13在衬套外壁和活塞下半部分的外壁均匀涂抹洁净的透平油，然后吊装压入活塞，装入时注意对准，慢慢下放以防卡塞。

3.2.14安装分瓣环键，环键表面应涂抹洁净的透平油。

3.2.15将活塞向上吊起，活塞起升的同时带动衬套一起向上，当衬套升至装配位置时停止起升，并用浸油的破布堵住进气孔。

3.2.16安装压板，注意安装方位应与拆卸时相同，装复紧固螺钉。

3.2.17安装制动板，安装前应在底座外圆与制动板的配合面上均匀涂抹润滑脂，注意安装方位应与拆卸时相同，装复制动板与活塞的连接螺钉。

3.2.18安放制动板，当制动板磨损较严重，或存在缺陷时，应予以更新。

3.3风闸防腐试压

3.3.1将制动器整体吊起，安装试压用限位卡板、垫板，然后将制动器落放在地面。

3.3.2在制动器下部的压力口安装高压软管，与电动试压泵相连。

3.3.3启动试压泵，打压至15MPa的试验压力，保压30min，应无压降，各密封面应无渗漏。

3.3.4开启试压泵上的泄压阀，将制动器内的透平油消压至0。

3.3.5拆除制动器下部压力口安装的高压软管，排出制动器缸体内的透平油。

3.3.6将制动器整体吊起，拆除试压用限位卡板。

4　风闸事故的防范措施

（1）定期进行解体检修，对管路进行检查，使用合格的密封圈及各种配件。

（2）标准化操作流程。制订详细的顶转子作业流程卡，规范作业流程与操作顺序，防止误操作发生。

5　结语

许多电厂的风闸系统结构原始，设备老化，给制动系统的安全性带来了困扰，为了减少故障率，需要对风闸系统进行适当的维护、升级改造，或者改进制动方式（电气制动、混合制动），为机组提供安全稳定的运营环境。

参考文献：

[1]陈喜新.水轮发电机组风闸制动系统故障分析与改进[C]//南方十三省（区、市）水力发电工程学会联合会暨学术交流会论文集，2009.11.

[2]张庆贺，张淼.水轮发电机风闸气管路改造[J].水电站机电技术，2013，36（02）.

中图分类号：TV734.2

文献标识码：B

文章编号：1672-5387（2015）08-0062-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.08.018

收稿日期：2015-05-04

作者简介：华志远（1991-），男，从事水电厂发电机设备检修工作。