雜木寺電站位于甘肅省天祝藏族自治縣與涼州區(qū)境內(nèi)的雜木河干流上，是雜木河毛藏寺———渠首河段規(guī)劃的第三座梯級(jí)電站。電站安裝有2臺(tái)單機(jī)容量為9000kW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)單機(jī)容量為5000kW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組(簡(jiǎn)稱小機(jī))，總裝機(jī)容量23MW，多年平均發(fā)電量7938萬kW·h，年利用小時(shí)3451h。

1、概述

　　雜木寺電站位于甘肅省天祝藏族自治縣與涼州區(qū)境內(nèi)的雜木河干流上，是雜木河毛藏寺———渠首河段規(guī)劃的第三座梯級(jí)電站。電站安裝有2臺(tái)單機(jī)容量為9000kW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組和1臺(tái)單機(jī)容量為5000kW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組(簡(jiǎn)稱小機(jī))，總裝機(jī)容量23MW，多年平均發(fā)電量7938萬kW·h，年利用小時(shí)3451h。

　　電站裝有2套壓力為3.0MPa、公稱直徑1.1m和1套公稱直徑0.9m的金屬硬密封蝶閥。

　　3臺(tái)機(jī)組蝶閥經(jīng)過2a的運(yùn)行，閥板出現(xiàn)大量漏水現(xiàn)象，雖然廠家專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)對(duì)缺陷進(jìn)行了反復(fù)處理，但是處理完畢以后僅使用了6個(gè)月又開始出現(xiàn)大面積漏水。經(jīng)過仔細(xì)檢查、分析，首次在1號(hào)機(jī)組蝶閥上使用高分子材料替代柔性石墨材料的方法，解決了閥門漏水的問題。

　　雜木寺電站機(jī)組最大水頭224.5m，最小水頭193m，額定水頭196m，大機(jī)額定流量5.466m³/s，小機(jī)額定流量3.033m³/s，多年平均含沙量0.556kg/m³，汛期(5～9月)平均含沙量0.634kg/m³，多年平均懸移質(zhì)輸沙量12.1×10⁴ t，泥沙中值粒徑0.019mm。

2、現(xiàn)象描述

　　雜木寺電站3臺(tái)機(jī)組相繼于2010年11月陸續(xù)投產(chǎn)發(fā)電，投產(chǎn)初期3臺(tái)蝶閥均正常，未發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象。在2011年主汛期期間，對(duì)3號(hào)機(jī)組蝸殼流道進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)蝶閥閥板密封處有漏水現(xiàn)象；初期為少量滲漏，為針尖大小，水柱噴射長(zhǎng)度約為0.5m左右，檢修人員還能順利地進(jìn)入蝸殼內(nèi)工作。但是在接下來的幾個(gè)月內(nèi)，蝶閥漏水量逐漸增大，到后期，漏水量達(dá)到拇指粗細(xì)，噴射長(zhǎng)度達(dá)到2m，水流末端呈霧狀，打開蝸殼進(jìn)人門后，整個(gè)流道內(nèi)被水霧籠罩，檢修人員無法進(jìn)入蝸殼內(nèi)作業(yè)。

　　在2012年1月檢修期間，電站對(duì)引水隧洞進(jìn)行排水，將隧洞內(nèi)的蓄水放空，廠家技術(shù)人員對(duì)蝶閥密封漏水處進(jìn)行了修復(fù)處理，更換了部分石墨密封墊層；但是處理完畢以后僅使用了6個(gè)月又開始逐漸出現(xiàn)大面積漏水。因漏水較大且壓力較高，導(dǎo)致機(jī)組無法正常停機(jī)且蝶閥關(guān)閉后人員無法進(jìn)入閥后機(jī)組蝸殼內(nèi)，對(duì)電站安全生產(chǎn)工作和作業(yè)人員的安全造成了極大的隱患。

3、原因分析

3.1、結(jié)構(gòu)介紹

　　雜木寺電站蝶閥金屬密封閥座上堆焊不銹鋼層，與之對(duì)應(yīng)的閥板密封面材料采用不銹鋼+柔性石墨復(fù)合圈(見圖1)。設(shè)計(jì)時(shí)考慮兩密封面材料之間有相對(duì)硬度差，避免了閥門密封面在開、關(guān)過程中的膠合與擦傷，可以提高蝶閥使用壽命。

圖1 金屬密封結(jié)構(gòu)示意

3.2、廠家意見

　　在蝶閥發(fā)現(xiàn)漏水后，廠家給出了初步分析意見：最大的可能是水質(zhì)的影響，水中泥沙顆粒較大，在蝶閥關(guān)閉時(shí)，沙粒被夾在復(fù)合密封圈和閥座間，沙粒硬度大，損傷了密封面。

3.3、漏水處檢查

　　從檢查蝶閥漏水處的密封座以及閥板的情況看，在漏水最大的閥座處有規(guī)格、大小不一的蜂窩狀凹坑，呈現(xiàn)不規(guī)則排列。閥板對(duì)應(yīng)的漏水處，石墨圈材料已經(jīng)沒有了，不銹鋼圈也出現(xiàn)犬齒狀的缺失，并且凹坑內(nèi)和不銹鋼圈的犬齒處都非常光亮，底部也非常光滑。

　　從上述跡象明顯可以看出，這些損傷是氣蝕破壞所致，并非擠壓沙粒形成。氣蝕是水利機(jī)械中常會(huì)遇到的一種損壞形式，是流體在高速流動(dòng)和壓力變化條件下，與流體接觸的金屬表面上發(fā)生洞穴狀腐蝕破壞的現(xiàn)象，常發(fā)生在如離心泵葉片葉端的高速減壓區(qū)。氣蝕的特征是先在金屬表面形成許多細(xì)小的麻點(diǎn)，然后逐漸擴(kuò)大成洞穴，當(dāng)液體在與固體表面接觸處的壓力低于它的蒸汽壓力時(shí)，將在固體表面附近形成氣泡；另外，溶解在液體中的氣體也可能析出而形成氣泡。隨后，當(dāng)氣泡流動(dòng)到液體壓力超過氣泡壓力的地方時(shí)，氣泡便潰滅，在潰滅瞬間會(huì)產(chǎn)生極大的沖擊力和高溫。固體表面經(jīng)受這種沖擊力的多次反復(fù)作用，材料發(fā)生疲勞脫落，使表面出現(xiàn)小凹坑，進(jìn)而發(fā)展成海綿狀。嚴(yán)重的氣蝕可在表面形成大片的凹坑，深度可達(dá)20mm。

3.4、造成氣蝕的原因

　　從結(jié)構(gòu)上看，密封板的密封材料是多層石墨材料和不銹鋼圈疊壓而成，每層的石墨圈厚度為3mm，不銹鋼圈的厚度為2mm，在整個(gè)密封面上呈現(xiàn)出1層不銹鋼圈和1層石墨圈交錯(cuò)重疊的情況。在密封面使用石墨材料主要是利用石墨的耐磨性和潤(rùn)滑作用，防止蝶閥開啟、關(guān)閉過程中出現(xiàn)膠合與擦傷；但是石墨材料由于分子間層與層間距大，結(jié)合力小，質(zhì)地軟并且易碎，在使用時(shí)輕微的磕碰就會(huì)掉塊、脫落。運(yùn)行石墨材料直接被水流沖刷，局部掉塊、脫落后，在夾層中間就出現(xiàn)凹坑，在高速水流的長(zhǎng)期沖刷下，凹坑兩側(cè)逐漸被氣蝕，面積逐步擴(kuò)大，深度逐漸加深。閥門關(guān)閉后與閥板對(duì)應(yīng)的閥體密封圈也同步逐漸發(fā)生氣蝕。

4、處理方法

4.1、方案確定

　　經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢查，2、3號(hào)蝶閥氣蝕破壞較嚴(yán)重，密封面現(xiàn)場(chǎng)無法修復(fù)，故返回專業(yè)廠家進(jìn)行加工消缺。1號(hào)蝶閥氣蝕較輕，閥體及閥板氣蝕坑深度只是表面局部。借鑒高水頭球閥的密封材料要求，在球閥的密封面上采用高分子材料(即聚四氟乙烯)作為密封材料使用，密封效果滿足使用條件要求；而且聚四氟乙烯具有高韌性、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，且也具有一定的潤(rùn)滑效果，克服了石墨材料的弱點(diǎn)。經(jīng)過分析對(duì)比，決定在1號(hào)蝶閥上采用高分子材料的密封圈更換石墨圈的方案。

4.2、工藝方案

　　這里重點(diǎn)介紹1號(hào)蝶閥更換高分子材料的工藝方法。

　　原來的石墨密封圈與不銹鋼密封圈均為7層，相互交錯(cuò)布置。為穩(wěn)妥起見，決定先更換外側(cè)2～3層石墨圈，待蝶閥經(jīng)過一個(gè)汛期后，視氣蝕情況再做決定。

　　1)材料準(zhǔn)備

　　現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備與石墨圈厚度相同的2mm聚四氟乙烯板(寬1.2m，長(zhǎng)3m)以及裁紙刀等工具。

　　2)粘接材料的選擇

　　現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過多次反復(fù)試驗(yàn)，最終使用魚珠膠能很好將聚四氟乙烯板粘接在不銹鋼圈上。

　　3)步驟

　　①先將1號(hào)蝶閥全開，拆下閥板的密封壓板以及第一層不銹鋼圈，連同粘接在不銹鋼圈上的石墨圈一并拆下。

　　②清理壓板及不銹鋼圈上的石墨圈，并用酒精擦洗干凈。

　　③將聚四氟乙烯板平放在檢修間的地板上，擦拭干凈，涂抹魚珠膠，粘接壓板，粘接不銹鋼圈。

　　④放置好不銹鋼板后，用1塊10mm厚的鋼板壓在粘接好的不銹鋼板上；在壓的鋼板上放置加熱板，將溫度控制在80℃。

　　⑤12h后，取走加熱板、壓板，此時(shí)不銹鋼圈已經(jīng)與聚四氟乙烯板可靠地粘接在一起，用裁紙刀沿著不銹鋼圈裁下聚四氟乙烯板。

　　⑥回裝粘接好的不銹鋼圈及壓板，至此安裝消缺工作全部結(jié)束。

5、結(jié)語

　　處理后的蝶閥已經(jīng)使用多月，目前密封效果良好，漏水量明顯減少。采用聚四氟乙烯板替代石墨材料的方法目前在國(guó)內(nèi)尚屬首次。