轉(zhuǎn)漿水輪發(fā)電機組的檢修和處理探討

摘 要 目前，國內(nèi)一些轉(zhuǎn)漿水輪發(fā)電機組投產(chǎn)使用年限長，機組的穩(wěn)定性和可靠性逐步降低，出現(xiàn)故障的概率大幅增加。而水輪機組的檢修主要依賴于檢修工人的定期檢查，但由于熟練檢修工人的減少，檢修技術(shù)的落后，往往延誤了最佳的檢修時機。水輪發(fā)電機組一旦出現(xiàn)故障，得不到及時處理解決，不得不長時間停機，帶來巨大的經(jīng)濟損失。本文分析了轉(zhuǎn)漿水輪發(fā)電機組在運行中出現(xiàn)的主要問題，并有針對地提出了解決辦法。

關(guān)鍵詞 轉(zhuǎn)漿水輪機組；故障；處理方法

中圖分類號 TM312 文獻標(biāo)識碼 A 文章編號 1673-9671-(2012)062-0098-01

軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片一般由裝在轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的油壓接力器操作，可按水頭和負荷變化作相應(yīng)轉(zhuǎn)動，以保持活動導(dǎo)葉轉(zhuǎn)角和葉片轉(zhuǎn)角間的最優(yōu)配合，從而提高平均效率，這類水輪機的最高效率有的已超過94%。但是，這種水輪機需要一個操作葉片轉(zhuǎn)動的機構(gòu)，因而結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，造價較高，一般用于水頭、出力均有較大變化幅度的大中型水電站。在相同水頭下，其比轉(zhuǎn)速較混流式水輪機為高。應(yīng)用水頭約為3 m到80 m。水流在導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪之間由徑向流動變?yōu)檩S向流動，而在轉(zhuǎn)輪區(qū)內(nèi)，水流保持軸向流動。

轉(zhuǎn)漿水輪發(fā)電機組主要應(yīng)用于開發(fā)低水頭、大流量的水能，這對我國水能的開發(fā)有著極其重要的意義，尤其對于中東部經(jīng)濟較為發(fā)達的地區(qū)，轉(zhuǎn)漿水輪發(fā)電機組更是得到了廣泛的應(yīng)用。但現(xiàn)有的水輪發(fā)電機組中，大部分機組運行時間長，設(shè)計年份久，限于當(dāng)時的技術(shù)水平，很多水輪機組技術(shù)指標(biāo)落后，穩(wěn)定性和可靠性偏低，效率低，材料性能跟不上，在長期的使用過程中，葉片磨損嚴重，剛度和強度達不到使用要求。不斷有機組在運行時產(chǎn)生動力失穩(wěn)、葉片裂紋破壞甚至疲勞斷裂，部件損壞等現(xiàn)象，嚴重威脅到電站的安全運行。

1 水輪機主軸漏水問題

1.1 問題分析

水輪機主軸密封指的是轉(zhuǎn)動主軸與其周圍固定件的密封裝置。在軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機組中，主軸密封一般與機組轉(zhuǎn)輪的其它密封部件配合，其對水輪機組起到重要的保護作用。在機組運行時，必須保證主軸良好地密封性，能夠在漏水量不大的情況下正常運轉(zhuǎn)一個檢修周期。目前國內(nèi)的水輪機組多采用端面接觸式密封方式，機組運行時間長，密封空隙增加，泄漏量增大。泄漏量過大時，會造成主軸軸承被淹，影響機組的正常運作，同時帶來安全隱患。端面接觸式密封依靠250 kPa-300 kPa的水壓將密封環(huán)緊壓在轉(zhuǎn)動環(huán)上，密封環(huán)為高分子聚合物組成的自潤滑材料，同時利用密封塊與轉(zhuǎn)動環(huán)之間的水壓起到密封作用。

1.2 主要損壞形式

在使用時出現(xiàn)泄漏量增大，主要有以下原因：一是密封環(huán)卡阻：密封環(huán)卡組后，不能在技術(shù)供水壓力下緊貼轉(zhuǎn)動環(huán)內(nèi)壁，導(dǎo)致不能形成壓力水膜，密封質(zhì)量大大下降。二是密封塊變形損壞：密封塊表面受到重力、技術(shù)供水壓力、和轉(zhuǎn)動塊摩擦力三個力的同時作用，有跟隨轉(zhuǎn)動塊同時運動的趨勢。但受到定位銷的限制，會出現(xiàn)密封塊定位銷孔變形、密封塊的結(jié)合部位脫膠斷裂的情況。三是技術(shù)供水壓力不足：供水壓力較低，技術(shù)供水管徑較小，流量不足，導(dǎo)致密封塊下的水壓不足以克服其重力和摩擦力，密封塊不能向上運動，緊貼轉(zhuǎn)動環(huán)，導(dǎo)致密封失效。

1.3 檢修與處理

在密封塊的更換上，以其質(zhì)量輕為原則，方便密封塊在壓力水的作用下能流暢的滑動，緊貼轉(zhuǎn)動環(huán)。改造原有的技術(shù)供水管路，增大供水管路直徑，增大流量，增大技術(shù)水壓。在檢修的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)密封塊變形損壞等現(xiàn)象，應(yīng)該及時處理，保持整個摩擦面平整。

2 水輪機軸承溫度問題

水輪機軸承溫度受多種因素影響，包括軸承工作狀態(tài)、冷卻水量、水溫、室溫、油溫等。在軸承溫度的控制上，我們總希望將軸承溫度，冷卻水置、水溫、室溫等條件，修正到同一個水平來進行監(jiān)視。這一問題在機組穩(wěn)定工作時比較容易控制，但在一些過渡狀態(tài)下控制就有一定的難度。例如在機組的啟動時，油溫和軸承溫度逐漸上升，當(dāng)摩擦產(chǎn)生的熱量和機體散發(fā)的熱量平衡時，溫度才達到恒定值。在這一過程中，熱量的變化具有一定的滯后性。軸承故障發(fā)生以前，一般會觀測到溫度變化異常。機組啟動時，軸承溫度的變化率受到油溫均勻度、轉(zhuǎn)速上升率等影響。在處理中，一般有兩種方法加以處理，一是在限定條件下做線性滯后處理；二是不考慮線性滯后處理。但無論在哪種情況，都要把軸承溫度測定值、換算值、時間變化率等同時作為監(jiān)視

對象。

3 水輪機磨蝕現(xiàn)象

空蝕是由于流道內(nèi)局部水流速度增加、壓力下降時形成的空穴在潰滅時對過流表面造成的損壞；磨損是過流材料表面長時間受固體微粒切削產(chǎn)生質(zhì)量體積減少的物理現(xiàn)象，常發(fā)生于多泥沙河流上的電站；而水輪機實際運行經(jīng)驗表明，空蝕、磨損的聯(lián)合作用會使破壞加劇。通常又將水輪機空蝕與磨損聯(lián)合破壞稱為水機空蝕磨損破壞，簡稱磨蝕。空化和空蝕在破壞開始時，一般是金屬表面失去光澤而變暗，接著是變毛糙而發(fā)展成麻點，一般呈針孔狀，深度在1 mm-2 mm以內(nèi)；再進一步使金屬表面十分疏松成海綿狀，也稱為蜂窩狀深度為3mm到幾十毫米。汽蝕嚴重時，可能造成水輪機葉片的穿孔破壞?？栈涂瘴g的存在對水輪機運行極為不利，其影響主要表現(xiàn)在以下幾方面：

1）破壞水輪機的過流部件，如導(dǎo)葉、轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)輪室、上下止漏環(huán)及尾水管等。

2）降低水輪機的出力和效率，因為空化和空蝕會破壞水流的正常運行規(guī)律和能量轉(zhuǎn)換規(guī)律，并會增加水流的漏損和水力

損失。

3）空化和空蝕嚴重時，可能使機組產(chǎn)生強烈的振動、噪音及負荷波動，導(dǎo)致機組不能安全穩(wěn)定運行。

4）縮短了機組的檢修周期，增加了機組檢修的復(fù)雜性?？栈涂瘴g檢修不僅耗用大量鋼材，而且延長工期，影響電力生產(chǎn)。在我國己投產(chǎn)的水電站中，有相當(dāng)一部分電站由于空蝕磨損破壞，導(dǎo)致機組效率下降、出力減小、振動加劇，不僅威脅水電站的安全運行，而且嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行。

在處理水輪機空蝕現(xiàn)象時，采用現(xiàn)代的優(yōu)化理論對原水輪機葉片的表面型線進行改型設(shè)計，可以提高水輪機的水力性能。例如，在葉片輪緣處加抗空化裙邊，可提高機組的抗空蝕性能；在保證強度的條件下，對出水邊進行修型，可降低葉片出水邊卡門渦產(chǎn)生的幾率，改善機組運行穩(wěn)定性。

4 水輪機調(diào)速器系統(tǒng)抽動故障

因設(shè)計缺陷或運行環(huán)境因素的影響，水輪機調(diào)速器系統(tǒng)主配壓閥閥芯會在平衡點隨機上下抽動，引起機械液壓系統(tǒng)抽動，嚴重影響了水輪發(fā)電機組的安全穩(wěn)定運行。在處理這一問題時，主要從三方面入手。一是設(shè)置壓緊行程：在停機備用狀態(tài)下，設(shè)置電氣壓緊行程，即設(shè)置一個較小的負電壓給比例伺服閥控制信號，有效地防止在停機備用狀態(tài)下的主配壓閥閥芯抽動；二是對比例伺服閥控制進行濾波處理：在機組空載運行狀態(tài)下，對主配壓閥閥芯位移反饋進行濾波，盡量消除干擾信號，避免調(diào)速器抽動；三是設(shè)置比例伺服閥控制靈敏區(qū)和主配壓閥閥芯位移死區(qū)：在負載、非頻率調(diào)節(jié)、無增/減負荷且為比例伺服閥工作時，當(dāng)接力器開度差值小于設(shè)定值，延時30ｓ后，退出比例伺服閥的控制，用機械零位保持接力器開度不變。

5 小結(jié)

我國有相當(dāng)一部分軸流式水力機組空蝕破壞嚴重、運行穩(wěn)定性差、綜合性能指標(biāo)較低亟待改造，開展軸流式水輪機檢修關(guān)鍵問題研究對于改善機組的綜合性能、提高低水頭水能資源的利用效率以及提高水輪發(fā)電機組運行的可靠性具有非常重要的意義。在具體檢修過程中，機修人員應(yīng)該本著預(yù)防為主，修理為輔的檢修理念，及早發(fā)現(xiàn)水輪機組運行中出現(xiàn)的問題，諸如泄露、軸承溫控、空蝕、調(diào)速系統(tǒng)失常等故障，并有針對的開展檢修工作，使軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機組運行更穩(wěn)定，服務(wù)時間更長。

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