蝶阀关闭故障分析及处理方法

3.3 在蝶阀关闭过程中关闭蝶阀所需力矩小于轴承处所受到的摩擦阻力矩

为了防止泥沙淤积妨碍阀门开启，蝶阀下缘逆水流关闭，动水力矩 M 总是趋向使活门关闭，活门上的动水压力沿水流方向的分力 p 顺水流方向，垂直分力 P1 方向向上。

活门关闭时，水完全静止，活门上承受静水压力。由于活门上、下的位置差异，静水压力的作用中心在活门中心线以下，这样，对于卧轴蝶阀活门，就产生了使活门转动的静水力矩。

在芹山水电站中，蝶阀处于接近全关的位置不能正常关闭。

在阀门操作中，操作机构各转动销轴处均存在摩擦力和摩擦力矩。其中，阀轴与轴瓦间的摩擦力和力矩是主要的，其数值占据总的摩擦力降摩擦力矩的绝大部分。

根据设计工况，阀轴和铸铝青铜的摩擦因数一般取拜 μ=0.15，所以在最高水头 121.5m 时，蝶阀可以靠本身配置的重锤进行自动关闭。而要出现蝶阀不能自动关闭现象必须的条件是 μ＞0.27。因此可以得出以下结论：

芹山水电站 #1、#2 蝶阀在运行 2 年以后，在关闭时出现了不同程度的关不到全关位置的现象。我们分析认为，出现这种情况的原因有以下 2 点：

（1）蝶阀在经过 2 年多的运行后，阀轴和轴承之间有可能出现泥沙沉淀，导致阀轴和轴承之间的间隙减小，轴承摩擦因数增加。在阀门的关闭过程中，当活门接近全关位置时，活门上、下游之间形成一个压差，这个压差会在阀轴上产生一个阻碍关闭的力矩，这个阻力矩与轴承的摩擦因数成正比，当阻力矩大于阀门关闭力矩时会出现上述现象。

（2）轴承经过一段时间运行后，轴承润滑面可能有腐蚀，轴承出现了磨损，摩擦因数增加，也会导致上述现象。

4 处理方法

（1）改变关闭蝶阀的操作程序。在关闭蝶阀的同时，打开旁通阀，在关阀结束后，再关闭旁通阀。这样，可以让蝶阀在关闭过程中前、后水压始终平衡，消除了关阀过程中蝶阀上、下游之间的压差，大大降低了关闭时的摩擦阻力，使关阀能顺利进行，而且可以减少轴承润滑面的磨损，增加蝶阀轴承的使用寿命。

（2）现配置的 2 个重锤的侧面各预留有 4 个 M30 的螺孔，可在重锤上加一些钢板，然后用螺丝紧固。这样就增加了重锤的质量，从而增加蝶阀关闭时的重锤力矩，使蝶阀在轴承摩擦系数增大时也能顺利关闭。

在以上 2 种方法中，如果采用第 2 种方法进行改造，蝶阀可在一段时间内比较顺利地自行关闭，但运行时间长了以后，随着泥沙在阀轴和轴承之间的沉淀和轴承润滑面的进一步磨损，摩擦因数增大引起摩擦阻力越来越大，蝶阀有可能又不能自行关闭，甚至需更换新轴承。因此，在考虑到处理上述问题的难度和电站的安全经济运行，在采用了修改蝶阀关闭流程的方法，如图 1 所示（图中灰色为改进增加流程部分）。

图 1 改进后的蝶阀关闭流程

5 实际应用情况

芹山水电站蝶阀关闭流程经过改进后，在关闭的同时开启旁通阀，对阀后充水。蝶阀在上、下游无水压差的情况下关闭。在此过程中，基本消除了作用在活门上的静水力矩，同时，大大减小了阀轴的摩擦力矩。实践表明，改进后蝶阀运行稳定，自行关闭正常，关闭效果良好。

同时考虑到机组过速时，因调速器主配压阀拒动，需使蝶阀关闭来防止机组过速。在这种方式下，为防止由于关闭蝶阀时开旁通阀造成机组转速升高，在过速保护装置动作油管路中，并一油管至调速器事故电磁阀。当过速保护装置动作时，事故电磁阀也动作，调速器主配压阀快速朝关侧动作，关闭导叶，防止机组飞逸。

6 结束语

应用该关闭流程的蝶阀，由于在关闭时蝶阀前、后水压平衡，受静水压力较小，大大减少了阀轴的摩擦力矩，也减小了蝶阀的主轴及轴承的磨损，延长了蝶阀主轴及轴承的检修周期，同时也保证了蝶阀的稳定运行，确保了水电站的安全经济运行。

若在含泥沙量较大的水电站使用蝶阀，最好不要采用该种带自关闭装置的蝶阀，因为采用带自关闭装置的蝶阀，运行时间长了以后，随着泥沙在阀轴和轴承之间的沉淀和轴承润滑面的磨损，轴承摩擦因数增大引起摩擦阻力越来越大，蝶阀最终将不会自行关闭。这必将增加蝶阀检修次数，减少蝶阀使用寿命，不利于水电站的安全经济稳定运行。

（全文完）