深孔弧门充压止水系统降压失效分析与处理

2022-02-24黄少奇

水电站机电技术 2022年2期

杨峰，黄少奇

（中国水利水电第十二工程局有限公司，浙江杭州 310004）

1 概述

滩坑水电站泄洪洞弧形闸门，孔口形式为潜孔，孔口净宽7.0 m、高度7.0 m，设计水头102 m，总水压力89 000 kN，为超大型弧形闸门，闸门采用凸扩式门槽，主水封为充压式止水水封，常规紧压式止水水封作为充压式止水的辅助止水。该泄洪洞弧形闸门经多年运行，止水水封橡皮出现磨损、老化现象，水封多处漏水严重，需对整套止水水封进行更换。我公司承担了弧门的充压止水水封更换及充压止水系统检修工作。

2 充压系统工作原理

在水电站高水头弧形闸门设计中，通常采用凸扩式门槽充压止水水封（如图1），当弧门面板受到高水头水压力作用下，通过弧门支臂产生压缩变形，加之加工精度、安装精度及温度变化等影响，使弧门半径小于设计值，导致止水橡胶与弧门面板脱离，发生缝隙溢流。凸扩式门槽充压止水装置可以适应弧门变形，充压止水水封可以利用加压系统充压使门槽内水封变形而顶紧压在弧门面板上，从而起到良好的止水效果。另外，采用充压止水水封，在弧门开启前，可以取消所加背压，缩回止水橡胶而脱离弧门面板，从而减小水封橡皮摩擦，同时减少闸门启闭力，延长水封橡胶的使用寿命。

图1 凸扩式门槽充压止水水封示意图

为满足凸扩式门槽充压止水水封工作，需配套设置充压系统，满足在迎水压力情况下充压水封橡皮外凸出与弧门面板紧密接触，在深孔弧门全关闭状态时启动，利用上游库区水通过过滤器，经增压水泵增压注入凸扩式门槽充压腔体内，使门槽内水封变形而顶紧压在弧门面板上，增压水泵采用一备一用共设置两套，并设置储能罐使门槽充压腔体保持设定压力，当压力低于设定值时系统自动启动增压水泵进行增压并储能。当深孔弧门需要开启时，关闭门槽充压腔体进水口阀门，开启排水阀降压排水，门槽充压腔体水压力低于0.1 MPa时开启深孔弧门。充压止水系统原理见图2。

图2 充压止水系统原理图

充压工作流程：弧门关闭后，闸阀9关闭，闸阀7开启。启动增压水泵，往门槽水封和蓄能罐充水，水压推出山形水封头部达到封水效果后，压力升至1.2 MPa时增压水泵停止，储能罐用于维持压力，当系统压力低于1 MPa，增压水泵会自动启动，往门槽水封和蓄能罐增压。程序设定只有弧门在全关位置状态充压系统才能启动。

泄压工作流程：闸门开启前，关闭闸阀7，打开闸阀9排水。系统压力低于0.1 MPa时，充压止水水封恢复自然状态，程序解锁闸门开启控制开关。

3 充压止水系统检修效果检查

通过对弧形闸门的检修作业，更换了闸门所有水封橡皮，将弧形闸门处于关闭状态。进行了无压状态和有压状态充压止水系统检查。

无压状态充压止水系统检查：保持泄洪洞检修闸门关闭状态，使泄洪洞检修闸门与弧形闸门之间闸室无水状态，此时弧形闸门无水压。在闸阀9关闭状态下，打开闸阀7，往充压水封充压腔体注水加压，压力表3显示压力由0 MPa升压至1 MPa，表示系统加压工作正常。在闸阀7关闭状态，打开闸阀9，对充压水封充压腔体排水降压，压力表3显示压力由1 MPa降压至0 MPa，表示系统降压工作正常。

有压状态充压止水系统检查：为减少泄洪洞检修闸门提升次数，减少对其水封的磨损，充压止水系统试验期间仅开启泄洪洞检修闸门的充水阀，对检修闸门与弧形闸门之间闸室进行充水，使弧形闸门处于正常水压状态。闸室充水完成后，在闸阀9关闭状态下，打开闸阀7，往充压水封充压腔体注水加压，压力表3显示压力由0 MPa升压至1 MPa，表示系统加压工作正常。随即检查人员进入弧形闸门下游目视检查弧门止水情况，经检查弧形闸门止水良好，无漏水现象。检查人员撤离后，在闸阀7关闭状态，打开闸阀9，对充压水封充压腔体排水降压，压力表3显示压力只由1 MPa降压至0.4 MPa，并未降压至0 MPa，系统降压出现了异常。

检查结果显示系统在弧形闸门无压状态和有压状态下，充压止水系统充压、保压工作正常，弧形闸门在有压状态下通过目视检查，弧形闸门止水工作正常，无漏水情况，但在弧形闸门有压状态下卸压试验过程中，系统压力从1 MPa降至0.4 MPa，并维持在0.4 MPa，未达到设计低于0.1 MPa的要求。

如果系统压力未能降至0.1 MPa，说明充压水封在背压状态下水封头任与弧门面板接触，如强制启门，势必造成启闭力增大，磨损充压水封，无法满足运行要求，存在充压止水系统降压失效问题。

4 原因排查与分析

正常运行时，当充压止水系统进行卸压操作，闸阀7关闭状态，闸阀9开启状态，自动进排气阀自动开启，门槽充压腔体内的水从闸阀9排出，压力表3回位显示压力为0 MPa。

根据充压止水系统原理图分析，造成泄压失效产生的区域应该在闸阀7与闸阀9之间的系统内。采用排除法对各个零部件是否损坏进行排查分析。

（1）闸阀9排查分析：闸阀9为电磁阀，设在弧门门槽底部位置，作为充压止水系统末端的卸压排水阀门，如果闸阀9不能正常开启排水，那么系统压力将会下降并维持在1 MPa左右，通过泄压时对闸阀9观察，有水排出，系统压力降至0.4 MPa后水流停止，判断排水阀工作正常。

（2）自动进排气阀排查分析：自动进排气阀设在弧门检修平台位置，当充压止水系统加压时排出管路内空气，当水进入阀内，浮筒随水位一起上升，关闭排气口，反之当系统泄压时，压力减少，阀内水位下降，浮筒随水位一起下降，打开排气口。通过泄压时对排气阀观察，系统泄压时排气阀有吸入气体的声音，系统压力降至0.4 MPa后排气孔关闭，判断自动进排气阀工作正常。

（3）闸阀7排查分析：闸阀7为电磁阀，设在设备层，是充压止水系统加压时入口阀门，同时也是卸压时起到阻隔库区、蓄能罐的水压，为了避免拆除闸阀7繁琐工作量，在关闭闸阀7并卸压后，在压力表3接口位置增设临时卸压阀门（如图3）。安装完毕后进行充压止水系统加压、卸压操作步骤，卸压后在压力维持0.4 MPa无法继续下降，打开临时泄压阀门时，泄压阀排出约5 L水后，排水停止，系统压力显示0，如果闸阀7损坏无法闭合，库区水及储能罐中的水将通过管路从临时泄压阀源源不断排出。从结果分析，临时泄压阀仅排出约5 L水，系统压力降至0 MPa，闸阀7工作是正常的。

图3 充压止水系统泄压检修示意图

（4）弧形闸门充压止水水封排查分析：弧形闸门充压止水水封通过门槽压板与门槽座压紧，对充压腔体形成密闭空间，如果充压止水水封有漏水情况，那么系统压力将无法保持，加压水泵会频繁启动，从试验结果分析，充压止水水封充压腔体无漏水情况。通过各个部件排查，均工作正常，唯一造成系统压力无法下降原因，最大可能性是管路被堵，由于充压水封腔体试验时无法观察，水封压板拆除检查工作量过大，从设计图纸充压止水系统水封结构分析（如图4），可能性最大为泄压孔位置，当充压止水系统进行泄压工作时，初始时闸室水压小于系统压力，闸阀9排水后，系统压力小于闸室水压，充压止水水封橡皮受闸室水压贴紧门槽座上，并封堵了泄水孔，使充压止水系统压力无法下降，并且维持小于闸室的压力0.4 MPa。也就说明了弧形闸门在无压状态下，闸室无水压，充压止水系统卸压工作正常，反而在弧形闸门在有压状态下，闸室内有水压，充压止水系统卸压工作实效。

图4 充压水封结构分析

5 处理方案

针对充压止水水封橡胶封堵排水口情况，处理首先解决泄压时排水流畅问题，我们采用直径4 mm不锈钢圆钢焊接制作了一个简易十字形导水架（如图5），为防止使用过程中十字形导水架产生位移，十字形导水架中心位置设防位移杆。将弧形闸门开启，拆除泄水孔位置水封压板，抬起充压止水水封，将导水架插入泄水孔，并重新安装水封及水封压板。