武义宣平溪电站 321203
摘要：水电站中的水轮发电机组制动器是非常关键的设备，其不稳定的运行会直接影响到推力轴承，并且制动闸板的材料优劣，也关系到水电站机组以及工作人员的人身安全。所以，对于制动系统需要进行合理的科学的维护管理，防止安全隐患的出现。本文就水电站机组制动系统故障进行分析和探究，并提出一些有针对的措施。
关键词：水电站；制动系统；故障
1引言
水电站机组的制动系统中的制动器通常采用的机械制动或是称其为风闸，和电制动区分开，制动器主要有以下的几个功能：（1）气动刹车；在停止发电机的时候，当发电机的转速减慢到额定转速的30%-40%的时候，完成对转动部分的连续制动操作，以此来防止推力轴承因为过久的低速运行，导致无法形成油膜，而发生烧瓦。（2）锁定机组；通常推力轴承采用的是塑料瓦的机组，在停止工作之后为了避免水轮机的导叶漏水的驱动力超过瓦面施加的静摩擦力，而导致机组发生自转现象，制动器会在持续的制动，一直到水轮机下次开始运转。（3）高压油顶转子；在进行水轮机组的检查和维修过程中或者是水轮机停机的时间过长又没有高压油能够将装备顶起，在进行机组开机之前可以利用制动器顶转子，方便对瓦面进行润滑油的填充。由此可知，制动系统在水电站机组的正常运行中有着极其重要的作用，本文就机组制动系统出现的故障进行分析，并提出有效的建议。
2制动系统常见的故障问题
2.1活塞憋卡无法复位
制动器应用O型橡胶密封结构后常出现的故障，原因大多分为两种。第一种是因为O形橡胶密封质量不符合要求，使得制动系统使用几次之后就出现拧麻花的情况，密封的摩擦力增加，而传统的弹簧复位，由于复位的力小，所以很难复位。第二种是新生产的制动器气缸内壁光滑，表面粗糙度为Ra0.4，如此对于密封没有较大的磨损，但是在制动器运行的过程中其活塞在气缸里会与金属产生滑动摩擦，活塞收到径向的受力，与气缸产生较大的摩擦，使得气缸的内壁出现划伤现象，导致制动器使用的时间越久，，其内壁的划伤拉毛问题越严重，特别是活塞上没有润滑油的时候对其有着极大的损伤，这就使得内壁不光滑，O形橡胶密封结构受到越加严重的磨损，而橡胶密封结构磨损又导致其摩擦系数的增加，橡胶密封结构与内壁产生的摩擦力超过弹簧和活塞重量提供的复位力，如此就导致活塞出现憋卡现象。
2.2密封破损
密封破损也是制动系统经常发生的故障，橡胶密封结构的使用寿命补偿是由于其结构很快会出现磨损，而密封结构破损速度快，是因为气缸的内壁不光滑，与2.1节所提及的活塞憋卡故障同理，活塞与气缸内壁摩擦，导致内壁出现划伤拉毛，使得密封结构与内壁的拉毛发生摩擦而使得密封结构的寿命减少。
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2.3油污染
油污染分为两种情况，一种是密封结构出现漏油问题，油由气缸顶部冒出，使得周边的环境被污染；一种则是油气管路合并，油压转子后管路存油都会导致制动器复位排气的时候将油雾方式排到机坑里，导致工作环境被污染。
2.4粉尘污染
制动器进行制动的时候其制动块发生摩擦，使其造成大量的粉尘去污染机组，有的生产厂家追求设备的美观，便在制动块的表面涂油，在进行制动的时侯产生烟雾，有的为了改变制动块的性质在进行制造的时候在配料里增加了硫磺，使得在制动的时候会产生异味。
2.5，制动块偏磨
制动块的托班和活塞的连接结构称为万向节结构，托板可以根据制动环的不平而朝任何方向转动，制动块一直与制动环紧密的接触，制动块的偏磨有下面的几种情况：（1）活塞与制动块托板之间用螺钉锁死，令制动块的托板不会发生转动。（2）在制动块中心标注机组旋转方向箭头，我们定义箭头所指为前端，箭尾为后端，中心支撑结构的制动块后端比前端磨损快，这是因为制动时，制动块不仅受到正压摩擦力还要受到前倾力矩作用，这个力矩使制动块后端受力大于前端。
3针对水电站机组制动系统故障提出一些措施
3.1解决活塞憋卡无法复位的问题
解决活塞憋卡导致的无法复位的问题有两种方式：第一种是气压复位，采用气压复位可以提供比弹簧复位高出三倍的复位力，足够大的复位力可以令活塞不被增大的摩擦力卡住，这也是目前采用的最为广泛的措施，若是在制动器结构上只使用这种复位方式，并不能够很好的将问题解决，因为该办法没有解决内壁的划伤拉毛现象，橡胶密封结构磨损快的情况也没有得到解决，最终使得密封结构需要更换的时间间隔越来越小，若是采用双活塞三腔（油腔、气腔、复位腔）气压复位结构，其制动器的高度要高于采用弹簧复位的制动器的高度，使得改造更为困难。
对于活塞憋卡的问题，要想从根本上进行解决，需要采用第二种措施，需要在活塞上镶嵌聚四氟乙烯导向带，活塞利用导向带和内壁进行滑动，令活塞与内壁在工作的时候不会接触，如此一来，就使得内壁得到保护，不会被划伤和拉毛，密封结构的磨损也得到了缓解。同时，聚四氟乙烯滑动产生微粒，会在内壁上产生塑料薄膜，可以使得内壁的摩擦系数减小，应用这种办法采用弹簧复位或是气压复位都可以解决问题。
3.2解决密封破损过快的问题
解决密封结构寿命短的问题有两种解决办法，最为关键的措施是在活塞上进行四氟乙烯导向带的镶嵌，该措施有效的解决了气缸内壁出现划伤拉毛的情况，令气缸内壁始终保持光滑可以有效的延长密封结构的使用寿命。第二种是利用油雾润滑，在制动器控制柜供气管路上安装油雾器，使得在水轮机组每一次的制动过程中，都有少量的油雾会进入到制动腔之中，有利于密封结构的润滑。
3.3解决漏油问题
针对密封结构出现漏油故障，应在油密封的上部活塞上开出一个环形的储油槽，同时在气缸的相对微商上安装一个溢油管路，储油槽的大小要适中，太小无法发挥作用，太大对整体的布置有很大影响。每次高压油顶转子油密封泄漏的油量要不会超出储油槽的容量，保证密封结构漏油不会对周围环境造成污染，定转子之后要对溢油管进行检查，发现溢油问题要对密封结构进行及时的更换。
而解决油气管路合一导致的油雾问题，则需要应用双活塞油腔和气腔分开结构，将油气管路分开，油管路存油就不会涉及到气管路，如此就解决了油气管路合一导致的油雾污染。
3.4制动块偏磨导致的故障
解决这一问题，第一种办法是需要将万向节结构的作用充分发挥，实现合理的连接。螺钉采用销子螺钉，销子的长度要比托板沉孔的厚度大，螺钉把紧之后，必须要在螺钉头与托板之间留出1mm的缝隙，销子螺钉可采用普通的螺钉加上薄壁套管进行替代，依然要令套管的长度比托板沉孔处厚度大1mm，如此一来万向节可以充分的发挥其作用。
制动块的表面因受到径向摩擦力的支点，也就是切点，通常在活塞的上端，摩擦的表面和活塞上端的距离即前倾力矩的力臂（h），制动块的前倾力=正压力（p）*摩擦系数（f），而前倾力矩就等于前倾力乘以力臂，即h*p*f。要想将前倾力矩抵消掉，需要将制动块的支点向前移动一段偏心距（e），如此可在制动块上产生一个偏心力矩（p*e），令产生的偏心力矩与前倾力矩相等，相互抵消就可以解决这一问题。单方向旋转电机制动块建议采用偏心支撑结构。
4结束语
水电站中的水轮发电机组制动器是非常关键的设备，其发生的故障对机组的正常运行和工作人员的人身安全都有很大影响，因此本文通过对水电站机组制动系统出现的故障问题等进行分析和研究，相应的提出一些解决措施，希望对水电站机组的正常运行有所帮助。
论文作者:詹为华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/8/26
标签：活塞论文; 内壁论文; 结构论文; 制动器论文; 机组论文; 水电站论文; 气缸论文; 《建筑学研究前沿》2019年11期论文;