葛洲坝2#船闸30年设备故障与修理的思考

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通过对葛洲坝2#船闸运行30年来设备故障与修理实践的研究、分析与思考，将30年的设备故障划分为早期故障阶段和偶发性故障阶段并展开深入地讨论，对船闸设备故障发生、发展、影响因素、修理、改造、更新及其规律进行了有益地探索。

举世瞩目的葛洲坝工程从1981年投入运行以来已连续运转了30周年，其中葛洲坝2#船闸不论从投入运行时间、实际运行闸次，还是停航检修的时间与项目等方面，在葛洲坝3座船闸及三峡二线五级船闸中都堪称之首，颇具代表性。因此，对该闸历年的设备故障与修理实践进行统计、分析、思考与探讨，不仅对该闸并对其它船闸的设备管理都具有十分重要的现实意义和借鉴作用。

对早期故障阶段的讨论

1、由于设计与制造方面不足而导致较大的设备故障

1981~1984 年是船闸接管并投入使用的初期阶段，由于设计与制造方面缺陷而引发较大的设备故障。这类故障属无规律可循的突发性故障，既无明显征兆，也无发展过程，一般难以进行预测，危害性较大。主要采用状态监测方式发现故障，事后抢修方式排除故障，通过改进设计与制造上的缺陷，更换或修复损坏的零部件及油脂等修理，恢复设备原有性能。

2、由于、装配和调整不当而导致较多的设备故障

运行最初4年里，设备故障还较多地发生在、装配和调整不当等方面。此类故障的发生率与设备使用时间有关，有征兆和发展过程，属有规律可循的渐发性故障，通过监测、测试、预测及时发现缺陷，不断调整相关部位以补偿精度，做好注油等日常维护保养工作，随着设备的磨合和时间的推移，此类故障发生率逐渐下降。

表1葛洲坝2号船闸30年故障变化数据统计表

图1 葛洲坝2号船闸30年故障变化曲线

3、由于环境因素影响导致的设备故障危害性较大

运行初期异常故障的另类影响因素可归于环境因素影响，如淤积物、震动、潮湿、水位变化、反向水头、飘浮物等，尤其是人字门淤积和设备本身缺陷而不适应工作环境，更易导致设备故障。这类故障主要由于设计对环境因素影响考虑不足而造成。为降低此类故障，一方面通过状态监测来判断环境对设备的劣化程度，对那些状态劣化严重、危及运行安全的设备或零部件，及时进行修理以恢复其性能；另一方面，有计划地对设备进行改造与更新，以适应船闸运行环境。

对偶发性故障阶段的讨论

1984年以来在长达26年的时间里, 设备故障率明显降低，故障曲线呈基本稳定状态（如图1），平均故障为23.69次，在1989―1991年故障率呈阶段性上升趋势，但在1992年很快得到扼制，并呈现递减状态，特别是1992年以后的19年里，故障率一直处于低位与平稳态势，平均故障减少至12.53次, 最低年故障仅为2次。提取1981―2001年故障与修理资料为主要研究对象讨论如下：

对有形磨损严重到达使用寿命，但仍在技术寿命期间的设备零部件，用同型号以新换旧。即：通过原型更新的方式对设备有形磨损进行完全补偿。如人字门顶枢4套AB杆，因制造中先天不足等因素影响，投入运行以来，在各种应力交叉作用下逐渐产生疲劳，虽经消除内应力等多次调整、修理与矫正，但疲劳不断加重，先后产生了裂纹并向纵深发展，特别是1982年3月8日左下人字门发生A杆断裂，相继丧失原有机能；1984、1994和2001年大修中，先后对有形磨损严重，到达使用寿命，而未到达技术老化期的4套AB杆进行了原形更新，使其有形磨损得到了完全补偿，即保证了其原有质量，也免除了旧件修理及选型的繁琐，同时降低了故障率。

对无形磨损早于有形磨损的设备进行技术更新。技术更新是指以技术更先进、性能更完善的新设备换掉陈旧落后的旧设备，也许其旧设备的有形磨损还未到达淘汰期，但技术落后已进入淘汰期，其运行消耗和修理成本升高，用技术更新的方式，可提高设备技术性能，对其无形磨损进行完全补偿。如：门启闭机电控柜的更新，人字门启闭机电机的换型，深井泵的换代等都属于技术更新。

对设计中的不足和无形磨损早于有形磨损的设备进行技术改造。技术改造是指通过改变旧设备的结构或增加新装置、新部件等方式，提高原设备的技术性能，是对设计中的缺陷和设备的无形磨损进行局部补偿的一种有效方式。30年来，葛洲坝2#船闸针对运行中不断暴露出来的问题，在技术改造方面进行了较多的尝试，其技术改造项目达20余项。实践证明，这些技术改造项目都极大地改善了旧设备性能和使用指标，降低了消耗，提高了综合性能，具有较强的适应性，是一种快速、经济和有效的修理方式。

解体式修理。解体式修理常被用在船闸整体性大修、专项修理和事故性抢修中。当大多数或主要船闸设备达到使用寿命，必须进行整体解体式大修。如大修期还未到达，而部分设备却先期到达使用寿命，则要针对性进行解体式修理，如采用抢修、专项修理方式来恢复其工作性能，阻止其进入剧烈磨损期和高故障阶段，否则会危害到其它设备或部件，使修复困难，加大修理工作量,增加修理费，延长停航修理时间。1990年船闸计划性大修周期被定为每6年1次，2#闸在30年的运行中，共进行了5次整体性大修(1984、1988、1994、2001和2007年各一次)，5次专项修理（1981、1982、1983、1993和1997年各一次），10余次事故性抢修和对4台反弧门液压启闭机系统解体式修理（1988、1994和2001年大修）。通过解体式大修，使有形磨损得到全面补偿，劣化的精度和丧失的性能得到全面恢复，保证了整体性能，扼制了急剧上升的故障率。

坚持做好设备日常维护与保养工作，定期进行设备的点检、常检，重点设备重点管理，故障早发现早排除，是设备保持良好工况和船闸安全运行的基本保障。

几点思考

1、设备故障发生率与设备零部件磨损相关并呈现一定规律性

纵观30年的船闸设备运行历程，其零部件的有形磨损和其故障发生率都是时间函数，零部件有形磨损发生发展主要经历有3个过程（如图2）：阶段1为初期磨损阶段，阶段2为正常磨损阶段，阶段3为剧烈磨损阶段；其故障发生发展也经历有3个主要过程（如图3）：阶段1为早期故障阶段，阶段2为偶发故障阶段，阶段3 为耗损故障阶段。分析对比两曲线的变化过程，不难看出两曲线不仅分别呈现出一定规律，而且还对应有紧密的相关性：

零部件初期磨损阶段与设备早期故障阶段相关：图2中阶段1为零部件初期磨损阶段，其磨损速度很快并呈快速上升趋势；与之相对应，图3中阶段1为早期故障阶段，故障率居高但呈快速下降态势，葛洲坝2#闸此阶段持续期约4年。

图2设备零部件磨损的3个阶段

图3 设备故障发生发展的3个阶段

零部件正常磨损阶段与设备偶发性故障阶段相关：图2中阶段2为零部件正常磨损阶段，在无异常因素干扰的情况下，其磨损速度缓慢，一般随使用时间而匀速增加，该阶段的时间长度就是设备零部件的使用寿命；与之相对应，图3中阶段2所示偶发性故障阶段，其故障率明显降低, 并呈稳定状态，葛洲坝2#闸此阶段已持续达26年。

零部件剧烈磨损阶段与设备耗损故障阶段相关：1988-1991年故障有阶段性上升（图1），其重要原因就是部分设备零部件（如上述4台液压启闭机在此时段相继损坏案例）先期达到使用寿命，进入剧烈磨损阶段 (图2阶段3)，使故障加速上升，进入耗损故障阶段 (图3阶段3)的缘故。经过修理与更新，缺陷得到完全补偿，故障也随之下降。因此，在磨损件进入剧烈磨损阶段前，及时修复或更新磨损件，阻止其进入耗损故障阶段，延长使用寿命。

2、合理确定使用周期，及时做好设备的更新换代

合理确定使用周期，及时做好预防性维修与设备更新换代，通过定期修理或更换达到使用寿命磨损件，可延长其正常工作期，降低其故障率。不同类型和不同使用环境下的设备零部件有着不同的使用寿命，应针对不同个体的不同特性，结合特定工作环境，参照葛洲坝2#船闸同类个体使用寿命，预测其使用周期，将使用周期确定在正常磨损阶段的后期是最佳的选择。

3、针对设备零部件的不同磨损进行不同的补偿

30年的故障与修理实践表明，零部件磨损可归为有形磨损与无形磨损2 种形式；有磨损就有补偿，补偿可归为修理、技术改造与更新3种形式；更新又可分为原形更新与技术更新2种形式；修理是对有形磨损的局部补偿，技术改造是对无形磨损的局部补偿，更新是对有形磨损和无形磨损的完全补偿；有形磨损严重的设备在大修之前常常不能使用，而任何形式的无形磨损却不影响设备的继续使用，使设备的有形磨损和无形磨损同步，可实现技术与经济双优化，使投资与耗费的总和达到最小值；对完全遭到有形磨损，而无形磨损还未到达的设备进行修理或原型更新，对无形磨损期早于有形磨损期的设备进行技术改造或技术更新，实现其局部或完全补偿。

（作者单位：长江三峡通航管理局）