曹立新，薛雪峰

(国投甘肃小三峡发电有限公司，甘肃 兰州 730071)

0 引 言

大峡水电站是黄河上游梯级开发的第11座水电站，电站装有4台容量为75 MW的轴流式水轮发电机组，总装机容量300 MW，机组额定水头23 m，额定转速88.2 r/min,水轮机型号为ZZ(F23)-LH-700,电站于1998年6月竣工。保证出力143 MW,多年平均发电量14.65亿kW·h。

水轮机轴承座上均布有4台Φ300 mm的吸力式真空破坏阀(如图1所示)，用于机组开停机及甩负荷过程中，破坏顶盖下出现的过大真空度，防止设备损坏及避免出现尾水管水倒流速度过快造成水轮发电机组的严重抬机现象。

图1 真空破坏阀1.罩 2.弹簧 3.轴 4.轴套 5.阀体 6.密封环 7.密封板 8.阀盘 9.锁定螺母 10.销

真空破坏阀由弹簧、阀座、阀盘、阀轴、密封环、密封圈、轴套、罩筒等组成。轴套安装在阀座中，与阀轴配合；阀盘安装在阀轴下部，用弹簧的弹力使阀盘密封与密封环紧密接触，阻止流道中的水流入到机组顶盖内。当轴承座下部流道出现真空时，阀盘在大气压力的作用下推动向下运行，阀盘打开，给机组流道补气；当作用在阀盘上大气压力与弹簧作用力相平衡时，阀盘停止运行。轴承座下流道内的真空度减小时，阀盘向上运行直到全关[1-2]。

真空破坏阀设计动作值为:当作用在阀盘上的力(包括零件重量)超过834 N时(真空为0.075 kg/cm2)阀盘开启；当作用有阀盘的上力(包括零件的重量)达到2 022 N时(真空为0.24 kg/cm2)阀盘全开。

大峡水电站75 MW水轮发电机组真空破坏阀在运行过程中多次出现因阀盘脱落、阀盘与阀座之间夹入异物、密封环紧固螺钉断裂、轴套与阀轴抱死等故障，造成真空破坏阀刺水、机组水导轴承被淹、机组强迫停机事故的发生。笔者重点分析事故原因并提出相应的处理方案及防范措施，为提高机组真空破坏阀的运行可靠性提供参考。

1 问题提出及原因分析[2-3]

(1) 2003年5月，电站2号机组十X方位真空破坏阀在运行过程中，出现因阀盘固定螺母松动掉落，导致阀盘脱落，顶盖内水大量刺出，致使水导轴承转动油盆进水，机组被迫停运的故障。经检查，真空破坏阀阀盘紧固螺母锁定方式设计为双螺母自锁锁定方式，因阀盘在运行中的强烈振动，导致阀盘紧固螺母松动掉落。

(2) 2003年8月，电站2号机组-X方位真空破坏阀在运行过程中，发生阀盘与阀座之间夹杂异物，导致顶盖下水刺出致使机组被迫停运的故障。经检查，真空破坏阀在正常动作复位时有异物夹在阀盘与阀座之间，造成阀盘不能正常复归。真空破坏阀阀座设在水轮机轴承座上，阀座下部轴承座过流面上焊接有能阻挡水中大块异物进入阀座内的隔板。长时间运行，隔板被汽蚀损坏，大块异物进入阀座，当真空破坏阀动作时夹在阀盘与阀座之间。

(3) 2004年7月，电站3号机-Y方向一只真空破坏阀在运行过程中，因密封环固定螺栓全部损坏，导致密封环移位，阀盘不能正常复归，造成顶盖内水大量刺出，导致设备停运的故障。经检查发现真空破坏阀密封环与阀体的8个M8*16连接螺丝已全部断裂或脱落，其中有4只螺丝断裂的断口有陈旧的痕迹，说明部分螺丝在早期已出现断裂现象。

(4) 2004年10月，电站2号机-X方向一只真空破坏阀在机组停机过程中，出现因阀轴与轴套抱死，真空破坏阀动作后,不能正常复归，导致顶盖内水大量刺出的故障。阀体解体后检查发现，出现故障的这台真空破坏阀轴套为聚四氟乙烯材质的尼龙轴套，尼龙轴套长期与水接触出现膨胀现象，导致轴套与阀轴抱死。

2 处理及防范措施

(1) 真空破坏阀在机组开停机过程中，动作频繁，振动强烈，极易引起真空破坏阀各部固定件的松动。为此将原阀盘双螺母自锁锁定方式改为柱销锁定。

(2) 真空破坏阀阀座下部安装的隔板，采用普通钢板制作，抗汽蚀能力差，易于损坏。为防止水中大块异物再次卡在真空破坏阀阀盘之间，将阀座下部的隔板更换为抗汽蚀能力更强的不锈钢板，确保真空破坏阀的正常工作。

(3) 真空破坏阀密封环固定使用镀锌螺钉，螺钉在水中长时间使用，易出现锈蚀，从而削弱其使用强度。在机组运行过程中，顶盖的振动、水流的作用及真空破坏阀强烈动作的影响，导致螺钉松动、断裂。现将密封环固定螺钉更换为强度更好且耐腐蚀的不锈钢螺钉,并对其采用防松动措施，防止运行中再次出现连接螺钉腐蚀断裂及松动掉落的现象。

(4) 对真空破坏阀尼龙轴套进行更换,更换为使用性能更好的钢背聚甲醛材质的轴套,并对阀轴与轴套的配合间隙重新进行配做。将原来的配合间隙值由原来的0.030～0.046 mm调整为0.014～0.030 mm，确保阀轴的可靠动作，也阻止水中脏物进行阀轴与轴套的配合间隙内，避免阀轴再次出现卡阻现象。

(5) 为确保机组真空破坏阀的运行可靠性，在原真空破坏阀外部，又设计制作安装了 1套浮球式的防返水装置(如图2所示)。该装置设计安装有4个直径为Φ160的不锈钢浮球，在正常情况下,这4只浮球处于下落位置。当真空破坏阀运行中因故障大量刺水时，4只浮球在水的浮力作用下浮起，阻止机组顶盖内水刺出，当机组顶盖内出现真空需补气时，浮球下落进行补气。防返水装置在设计时，计算装置顶部的四个开孔的尺寸满足真空破坏阀全开时的进气量；当防返水装置内充满水时，浮球及外筒能确保承受0.9 MPa水压力 (机组顶盖下最大运行水压力为0.30 MPa)，各部检查无变形及渗漏等异常现象。整个装置作为后备保护安装在真空破坏阀的外部。

图2 浮球式防返水装置1.密封 2.浮球 3.筒体 4.真空破坏阀 5.连接板 6.支座

(6) 加强巡检质量，检查真空破坏阀及防返水装置各部螺栓有无松动、密封是否完好、浮球有无变形等异常现象。在机组定修过程中，分解、拆出真空破坏阀及防返水装置，对各部件进行详细检查，对存在变形、损坏的部件进行更换。真空破坏阀检修完成后，按设计压力值进行模拟真空度试验，确保设备工作正常。

3 结 语

对大峡水电站水轮发电机组真空破坏阀出现的多次运行故障进行原因分析,有针对性地进行了故障处理，并采取了相应防范措施。特别是在真空破坏阀防返水装置的设计、安装后，极大地提高了真空破坏阀设备的运行可靠性。经过以上措施的实施及防返水装置的设计、安装，电站在近十年多时间的运行中，再未出现过因真空破坏阀故障导致机组强迫停运事故的发生，证明以上对真空破坏阀故障处理及防返水装置的设计是成功的，这对同行业类似设备检修维护、改进设计及应用等有积极的借签意义。