水电厂制动器缺陷分析与处理

张庆忠 周金明 龙启刚 严海涛

（新疆新能发展有限责任公司检修公司一工区，新疆 库尔勒 841000）

制动器在水轮发电机运行过程中承担着机组停机的作用，当机组转速降至额定转速25 %时加闸制动，时间一般在1 min以内。如在制动过程中出现异常情况，将不能保证发电机组在规定时间内正常停机，严重时可造成人员伤亡、设备损坏以及经济损失，为保证发电机组的安全、正常运行，必须对制动器在工作过程中出现的异常和缺陷情况进行有效的分析和研究。

1 制动器的主要作用以及工作状态

制动系统主要有：制动器、油、气管路、手动及自动控制装置组成。

常见的水轮机制动为机械制动，一般以压缩空气为动力，当压缩气注入活塞缸内后顶起活塞，活塞上部是托板，制动闸板固定在托板上，闸板上升对转子下部制动环产生摩擦阻力，降低转速至转子停止转动。

制动器一般在小型水力发电机组对称安装4个，大型机组最多可达几十个。它的基本要求：不漏油、漏气，动作灵活，制动后迅速正确复位。在水电厂主要承担机组制动，使发电机组按规定要求停机，具有操作简单、部件组成少、维护量小、状态稳定的特点，使得其在水电厂被广泛采用。

在设备检修时，油泵向制动器注入压力油可承担顶转子作用，检查推力瓦，转子大轴分解、拆卸、连轴时，制动器起到千斤顶的作用，辅助检修人员完成设备检修工作。

机组停机时，水轮机导水机构关闭，切断了水推力，转轮失去转动的水源，转子转速逐渐降低呈惯性旋转，惯性下降到一定时，转速就不能满足机组推力瓦面油膜所需的旋转速度，推力瓦与镜板发生半干摩擦，缺少润滑油会造成推力瓦损坏，这种情况下，需尽快将机组停止，缩短推力瓦半干摩擦工况运行时间。

可见水轮机开始停机时，即便导水叶已经关闭，但由于较大的转动惯性，如不采取有效措施，这个阶段将有一个巨大的磨损，如润滑不良，将导致烧瓦事故，必须采取可靠、灵活的制动措施，缩短机组转动时间。

因此，压缩水轮发电机停止时，预防推力瓦毁坏，在规定的停止时间内必须在较低转动速度区间对运行的水轮机机组进行持续刹车，保证机组运行安全。

2 制动器存在的缺陷与不足

结合我厂多年制动器在制动过程中出现的问题与缺陷分析，产生的具体问题有：1）制动时，闸板与旋转的转子制动环进行接触，由于摩擦产生热量，制动环长期受热，易引起制动环材料疲劳、变形、产生金属裂纹。2） 制动时，闸板与转子制动环摩擦产生金属颗粒或粉尘，随发电机油槽内挥发的油雾混合成油污，吸附在发电机各部表面，尤其是转子绕组表面，影响电气绕组散热，绝缘效果下降，为发电机的安全运行埋下隐患。3） 闸板的材料颗粒挥发到空气中危及机组运行及人员健康。4）制动器上、下腔串油、串气，引起顶起力不足，闸板下降、复位缓慢不灵活。5）管路中粉尘含量过高，引起活塞卡阻。6） 制动时，闸板受到转子制动环摩擦产生倾斜力矩，使活塞处于向一侧倾斜的推力，久而久之，密封圈受力不匀引起损伤，产生泄漏。

3 具体原因分析

制动器存在缺陷的具体原因有：1） 压缩空气或气管路中有较多杂质，进入活塞缸，活塞上、下运动时粉尘颗粒划伤活塞缸壁，出现划痕、沟槽，引起活塞缸上、下腔串气。2）压缩空气中水分较多，活塞缸壁产生锈蚀、凹凸，密封性不良，导致活塞不灵活，出现卡阻。3） 制动时，因闸板上升速度不一致导致受到的重量载荷不均衡，转子制动环内、外圆直径不同，产生的圆周速度不一致，使闸板在接触制动环时产生一个旋转力，出现制动闸板表面磨损不一致。4）转子制动环平面凹凸不平整及摩擦受热变形，使闸板受力不均匀，引起闸板磨损量不等而产生倾斜，进一步缩短闸板使用寿命。5）活塞密封圈是橡胶材料，活塞动作时受到磨损，引起密封效果下降，产生渗漏，导致上、下腔串气。6） “O”形密封圈是标准件，受到挤压变形后，不能起到密封作用，出现卡涩、动作缓慢。7）日常运行中，表现在停机后，制动闸板复位慢，闸板不能及时复位，影响机组自动运行。

4 处理方法

4.1 提高日常运行维护的规范程度减少粉尘影响

空压机室应定期安排人员进行室内除尘，减少空气中的粉尘颗粒，提高压缩空气纯洁度，尤其在新疆，当出现扬沙及沙尘时，可及时安排人员采用吸尘器对空压机室进行吸尘处理。另外空压机也要定期进行滤芯清扫工作。

4.2 加强储气罐气、水分离器定检、巡视

为防止活塞缸出现锈蚀，要尽量减少空气中的水分，空气储能罐应定期打开排污阀进行排污、排水及杂质清理。

4.3 提高空气清洁度

在制动加闸柜总进气阀进口前加装空气滤芯，进行二次过滤，过滤气管路中的灰尘颗粒，防止制动器控制电磁阀因颗粒灰尘卡涩阀芯，使制动元件无法正常工作。

4.4 疏通管道，确保畅通

机组大、小修时，对输气管路进行疏通、清污工作，清除管道内沉淀的锈蚀、杂质，确保管路清洁、畅通。

4.5 选用合适材质闸板

对闸板磨损情况及时检查，硬度必须保证在HB25～HB35，表面有烧蚀应及时更换，根据各自选用闸板的具体情况，也可翻面再次使用。

4.6 提高检修工艺标准，提升维护质量

制动器回装时，活塞进气口、密封槽、活塞环槽应均匀涂抹润滑油（透平油），密封条、“O”形圈在安装时，必须谨慎、细致，不能扭曲及损伤表面，活塞落入活塞缸时，涂抹润滑油，用铜棒轮换轻敲对称4点，让活塞缓慢下降落入活塞缸，防止用力过大，使活塞缸壁内圆棱角刮伤“O”形圈或直接切除部分“O”形圈材料，使“O”形圈报废，造成重新装配，而如未及时发现损伤，将对制动器的正常工作埋下隐患。

安装就位后，通入工作气压做动作试验，观察活塞上升、下降情况，应灵活、迅速，复位正确，如无异常，可作耐压试验，气压提升至工作压力1.25倍，30 min后压力无明显下降，各部接口无泄漏。

机组停机超过72 h，再次开机时，进行顶转子，使上导油槽内的透平油进入推力轴承瓦面，保持30 s，充分润滑推力轴承瓦面，使推力瓦与镜板间重新建立油膜，建立良好可靠的运行状态。

5 结语

总之，制动器在电力生产中占有非常重要的地位，工作过程中一旦出现制动不灵活的各类（卡涩、失灵、不动作）情况，将对人身、设备产生危害，要引起全面重视，结合制动器的各自特点，通过具体分析，完善检修工艺及标准化作业，有针对性地进行检查、维护，重点是设备日常的巡视检查，通过具体的措施，及时发现异常状态，以保证杜绝制动器各类问题，为电力生产奠定安全、坚实的基础。