水輪發(fā)電機(jī)組導(dǎo)葉故障原因分析及改善措施

【摘要】水輪發(fā)電機(jī)組對(duì)電網(wǎng)起到調(diào)頻、調(diào)峰、調(diào)相的作用，對(duì)電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性有著極其重要的作用。而導(dǎo)葉是水輪發(fā)電機(jī)組的主要部件之一，其運(yùn)行情況的好壞影響到整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。本文根據(jù)自己的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)水輪水輪發(fā)電機(jī)組導(dǎo)葉故障，并分析了故障原因，以及提出了相應(yīng)的解決措施。

【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機(jī)組；導(dǎo)葉故障；原因分析；改善措施

前言

水輪發(fā)電機(jī)組在發(fā)電時(shí)，通過導(dǎo)葉的開閉控制水輪機(jī)的過水量來調(diào)節(jié)機(jī)組的有功處理。

水輪發(fā)電機(jī)組導(dǎo)葉正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)整個(gè)機(jī)組運(yùn)行都有重要影響。導(dǎo)葉鑄件內(nèi)部質(zhì)量不穩(wěn)定及水力因素的影響，容易產(chǎn)生縮松、縮孔、氣孔、夾渣等，同時(shí)水力因素的影響產(chǎn)生的汽蝕、裂紋等缺陷，運(yùn)行方式也容易產(chǎn)生各種各樣的運(yùn)行故障。

一、導(dǎo)葉套筒和導(dǎo)葉抱死

水輪發(fā)電機(jī)組水輪機(jī)套筒引起與導(dǎo)葉發(fā)生抱死故障是水電站運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生的故障，其原因眾多，包括設(shè)計(jì)、制造、材料、安裝、檢修、運(yùn)行等各個(gè)方面。再加上不同負(fù)荷工況的機(jī)組都會(huì)引起抱死現(xiàn)象。發(fā)生抱死現(xiàn)象以某水電站為例進(jìn)行分析，對(duì)導(dǎo)葉不能操作的現(xiàn)象進(jìn)行描述和分析，然后提出相應(yīng)的改善措施。

1、故障原因分析

水電站在一個(gè)月內(nèi)累計(jì)導(dǎo)葉故障達(dá)到二十多次，在擴(kuò)修的過程中采用澆筑尼龍材料作為導(dǎo)葉的下軸套和中軸套，安裝的間隙是0.4—0.45mm。穩(wěn)定運(yùn)行半年后，導(dǎo)葉在90—240MW負(fù)荷區(qū)間出現(xiàn)了導(dǎo)葉故障，并且伴隨著一些負(fù)荷調(diào)整不流暢的現(xiàn)象。

針對(duì)導(dǎo)葉故障原因進(jìn)行分析，進(jìn)行調(diào)速器動(dòng)作試驗(yàn)和導(dǎo)葉靜摩擦力矩試驗(yàn)判定排除調(diào)速環(huán)摩擦損壞、接力器故障、調(diào)速器故障、導(dǎo)葉異物卡阻等。對(duì)導(dǎo)葉端面間隙進(jìn)行調(diào)整，并且進(jìn)行拉緊度試驗(yàn)等。

經(jīng)過一系列測(cè)量，發(fā)現(xiàn)中軸套內(nèi)徑收縮了0.5mm，導(dǎo)葉中軸徑配合的平均徑向過盈量達(dá)到0.1mm，收縮的主要原因是采用尼龍材料具有膨脹的物理特性?？梢圆捎脵C(jī)加工的處理方式擴(kuò)大中軸套內(nèi)徑，通過對(duì)內(nèi)孔進(jìn)行車削的方式把內(nèi)徑擴(kuò)大到0.65—0.7mm。擴(kuò)大內(nèi)徑后觀測(cè)導(dǎo)葉是否還存在故障，如果仍然存在故障就要對(duì)下軸套間隙進(jìn)行分析，間隙太小可能是故障的主要原因。針對(duì)這種情況，可以加長(zhǎng)機(jī)組檢修時(shí)間，將導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的部件進(jìn)行分解，更換下軸套。還有澆鑄尼龍軸套是否符合這類電廠需要進(jìn)一步試驗(yàn)和論證，尼龍材料的物力性能和化學(xué)性能都需要經(jīng)過嚴(yán)格的試驗(yàn)和論證。

2、解決措施

通過分析解決套筒軸套和導(dǎo)葉之間抱死故障可以從兩方面著手。一是機(jī)加工方面。重點(diǎn)對(duì)水輪機(jī)的套筒軸套和導(dǎo)葉之間的設(shè)計(jì)間隙進(jìn)行調(diào)整，通過對(duì)比分析，找出合適的間隙大小，杜絕間隙太小產(chǎn)生抱死現(xiàn)象。同時(shí)還要對(duì)水輪機(jī)運(yùn)行的環(huán)境溫度、濕度變化進(jìn)行分析，以免環(huán)境變化對(duì)間隙大小變化產(chǎn)生不利。二是慎重選擇套筒軸套的材料。謹(jǐn)慎使用尼龍材料，最好選擇癸二酸葵二胺鹽。材料到了現(xiàn)場(chǎng)后要進(jìn)行浸泡試驗(yàn)，了解材料實(shí)際膨脹率和吸水率。充分考慮材料的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)在特殊環(huán)境下的變化，并且還要考慮計(jì)算加工等人為性誤差因素，保證符合設(shè)備需要和現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境需要。如果無法對(duì)材料進(jìn)行檢查，可以憑借外觀檢查和針對(duì)廠家出廠證明來判斷材料的可靠性。但是這兩種方法都有一定的弊病：機(jī)械加工后使導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的整體間隙發(fā)生變化也影響到了停機(jī)狀態(tài)后機(jī)組漏的水量；試驗(yàn)不能對(duì)機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行的各種情況進(jìn)行模擬，導(dǎo)致材料可靠性還是不足，也容易導(dǎo)致漏水量變大或者進(jìn)砂量變大的情況發(fā)生。所以導(dǎo)葉間隙和材料穩(wěn)定性一定要通過一定年限運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來確定，這樣才能保證機(jī)組安全運(yùn)行。

二、導(dǎo)葉漏水

水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組停機(jī)時(shí)，導(dǎo)葉處于停運(yùn)狀態(tài)，葉片之間存在縫隙，形成了水輪機(jī)漏水現(xiàn)象。導(dǎo)葉漏水很大將造成威脅設(shè)備進(jìn)水及水淹廠房的安全隱患，也給機(jī)組的運(yùn)行的穩(wěn)定性造成影響，同時(shí)檢修周期縮短時(shí)間修理時(shí)間長(zhǎng)，造成非計(jì)劃停運(yùn)次婁增多。

1、故障原因

機(jī)組運(yùn)行環(huán)境較差，導(dǎo)致導(dǎo)葉漏水。有些泥沙較多的水電站，導(dǎo)葉密封面會(huì)受到泥沙的磨損，導(dǎo)致密封性降低，導(dǎo)葉的軸套間隙也相應(yīng)增大，機(jī)組停機(jī)過程中導(dǎo)葉關(guān)閉不嚴(yán)實(shí)引起漏水現(xiàn)象。導(dǎo)葉本身設(shè)計(jì)原因。機(jī)組停機(jī)時(shí)，導(dǎo)葉和頂蓋和底環(huán)之間存在一定的間隙，間隙設(shè)計(jì)過大很容易造成導(dǎo)葉端面漏水。加工不合理漏水。即使導(dǎo)葉設(shè)計(jì)合理，導(dǎo)葉加工精度不合理也容易導(dǎo)致漏水。導(dǎo)葉之間不能在停運(yùn)狀態(tài)下緊密結(jié)合在一起，仍然避免不了有漏縫漏水。由于使用時(shí)間長(zhǎng)造成設(shè)備老化，使得導(dǎo)葉軸面出現(xiàn)銹蝕形成蝕坑，如柘林水電廠4臺(tái)45MW水輪發(fā)電機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，因此情況漏水嚴(yán)重，處理復(fù)雜。

2、解決措施

采用橡皮密封條固定在導(dǎo)葉頭部和尾部相連接的地方是常用的方式，能夠在機(jī)組停機(jī)的時(shí)候憑借橡皮的彈性達(dá)到止水目的。但是這種方式在高水頭電站有一定的弊病，因?yàn)楦咚^水電站水壓大，橡皮條很容易被沖走。泥沙較多的水電站也不適用這種方式，泥沙對(duì)橡皮條和周圍金屬有巨大的磨損，導(dǎo)致導(dǎo)葉漏水水量增大。

研磨導(dǎo)葉接觸面，加大葉面接觸的緊密性也是減少導(dǎo)葉漏水量的方法。在水輪機(jī)接觸部位加不繡鋼保護(hù)層有一定的成效。但是這種方式由于加工精度比較難以把握，不能徹底解決漏水問題。導(dǎo)葉漏水后加劇了密封性的破壞，形成惡性循環(huán)。

導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整將立面密封面調(diào)整到同導(dǎo)葉分布同心圓垂直圓柱面上能夠減少機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下的漏水量。隨著新工藝的產(chǎn)生，HYG工藝法能夠結(jié)合導(dǎo)葉端面金屬彈性來調(diào)整立面間隙。一般調(diào)整方式依靠捆綁、擠壓的方式調(diào)整導(dǎo)葉而導(dǎo)致導(dǎo)葉表面損傷，而HYG工藝法不僅操作方法簡(jiǎn)單，而且對(duì)導(dǎo)葉的損害較小。

如果是運(yùn)行多年的舊機(jī)組，不管在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面還是加工質(zhì)量方面都存在一定的問題。所以要治理舊機(jī)組導(dǎo)水葉漏水問題需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行改造。首先對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一改造，對(duì)舊機(jī)組進(jìn)行增容改造工作。吸取國(guó)內(nèi)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用性能優(yōu)越的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，采用具有自關(guān)閉傾向的導(dǎo)葉，保證導(dǎo)葉立面和端面的密封性能。加強(qiáng)頂蓋、底環(huán)的剛度，使頂蓋、底環(huán)在水壓較大的環(huán)境下也能保持不變形。導(dǎo)葉在結(jié)構(gòu)上可以采取偏心軸大圓盤結(jié)構(gòu)，能夠延長(zhǎng)導(dǎo)葉端面減小滲漏路徑，因此可以減小漏水量。其次，對(duì)導(dǎo)葉的接觸狀態(tài)進(jìn)行分析，通過合理的計(jì)算保證葉片之間能夠緊密結(jié)合?？v向斜造和橫向斜造是現(xiàn)代水電廠提出的新的解決漏水問題的方法，能夠減少導(dǎo)葉漏水量。在以后的研究過程中可以結(jié)合縱向斜造和橫向斜造兩者之間的優(yōu)勢(shì)，能夠取得更好的止水效果，還能減少對(duì)整個(gè)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的更換，節(jié)省設(shè)備費(fèi)用。最后，機(jī)組在改造或者大修之前要進(jìn)行導(dǎo)葉漏水量測(cè)定、導(dǎo)葉間隙測(cè)定，充分掌握導(dǎo)葉密封效果。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況采用超聲波流量測(cè)量、容積測(cè)量等方法，保證導(dǎo)葉漏水量符合運(yùn)行規(guī)定。

三、結(jié)語

導(dǎo)葉在不同環(huán)境、不同流域水質(zhì)、不同機(jī)組都存在不同的故障。在導(dǎo)葉故障出現(xiàn)時(shí)，要多觀察、多思考、多測(cè)試，結(jié)合實(shí)際，找出原因，采用合理的方法解決。并且還要積極采用新的技術(shù)和新的設(shè)備，推陳出新，既減少漏水，又節(jié)省大量設(shè)備更新費(fèi)，為水電站的高效生產(chǎn)、安全生產(chǎn)做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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