新政航電3#機組轉(zhuǎn)輪室改造的運行情況分析

鄧小勇，鄧小華

(1.四川交投港航嘉陵江新政航電開發(fā)有限公司，四川 南充，637676；2.阿壩水電開發(fā)有限公司，成都，610041)

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新政航電3#機組轉(zhuǎn)輪室改造的運行情況分析

鄧小勇1，鄧小華2

(1.四川交投港航嘉陵江新政航電開發(fā)有限公司，四川 南充，637676；2.阿壩水電開發(fā)有限公司，成都，610041)

燈泡貫流式機組轉(zhuǎn)輪室結(jié)構(gòu)的安全性，直接關(guān)系到電廠機組運行和經(jīng)濟效益，其結(jié)構(gòu)的工作狀態(tài)對電廠安全有重大影響，因此探討分析轉(zhuǎn)輪室的安全性對指導(dǎo)機組安全運行具有重要意義。新政水電站3#機組，針對轉(zhuǎn)輪室存在的振動偏大問題，對其實施了技改方案，對改造后的機組進行了測試情況的運行分析，得出改造成功的結(jié)論，并指出存在的問題。

燈泡貫流式 轉(zhuǎn)輪室 振動 新政水電站

1 概述

新政航電樞紐三臺燈泡貫流式機組自投運以來，轉(zhuǎn)輪室振動長期處于越限狀態(tài)。2009年1#機組環(huán)形筋板裂紋，2010～2011年度檢修中，三臺機組轉(zhuǎn)輪室氣蝕嚴重，探傷檢測發(fā)現(xiàn)碳鋼與不銹鋼結(jié)合焊縫處存在缺陷、裂紋等問題，3#機組尤為突出，裂紋總長度達9450mm，氣蝕部位經(jīng)補焊打磨后，檢測3#機組-Y方向局部厚度僅有25mm。為了保證設(shè)備安全、穩(wěn)定運行，2011年7月，在省港航公司的組織協(xié)調(diào)下，我公司與東電公司(設(shè)備供應(yīng)商)及成勘院(設(shè)計單位)相關(guān)技術(shù)人員，對轉(zhuǎn)輪室強度、振動、焊縫缺陷及氣蝕等技術(shù)問題進行多次分析、討論，在借鑒金銀臺樞紐更換轉(zhuǎn)輪室成功方案的基礎(chǔ)上，最終制定了更換三臺機組轉(zhuǎn)輪室和技改轉(zhuǎn)輪室平臺的方案。技改方案為：

(1)增加轉(zhuǎn)輪室鋼強度。環(huán)筋厚度為30mm，數(shù)量增加為4條，隔板厚度增加為30mm，環(huán)筋之間的豎筋厚度為40mm，每條環(huán)筋間隔板數(shù)量增加為16塊；

(2)從材料上改善轉(zhuǎn)輪室的抗汽蝕與磨蝕性能。沿水流方向轉(zhuǎn)輪室不銹鋼段長度增加為1910mm(原轉(zhuǎn)輪室不銹鋼為910mm),轉(zhuǎn)輪中心線上游側(cè)不銹鋼段為540mm,轉(zhuǎn)輪中心線下游段為1370mm。轉(zhuǎn)輪室的不銹鋼是由抗汽蝕與磨蝕性能良好的1Cr18Ni9Ti不銹鋼材料做成；

(3)按照新的國家標準及廠家標準，將轉(zhuǎn)輪葉片于轉(zhuǎn)輪室的單邊間隙值調(diào)整為0.00075D1；

(4)原來平臺和扶梯的重量全部承受在轉(zhuǎn)輪室上，現(xiàn)將平臺和扶梯與轉(zhuǎn)輪室脫開，所有支撐均裝于上、下游墻體預(yù)埋基礎(chǔ)板上。

2 改造過程及運行情況

東電提供的第一臺套轉(zhuǎn)輪室于3月14日到貨，安裝在3#機組上，同時對轉(zhuǎn)輪室平臺安裝方式進行了改造。4月19日，轉(zhuǎn)輪室及平臺安裝、調(diào)試完成，機組檢修結(jié)束，開機運行至今，運行正常。轉(zhuǎn)輪室運行工況如下：

(1)機組充水后轉(zhuǎn)輪室下沉量減少，約為0.02mm，更換前為0.46mm；

(2)轉(zhuǎn)輪室平臺、樓梯、欄桿有輕微晃動；

(3)轉(zhuǎn)輪室進人孔處的噪音最高為106分貝。

在各種負荷運行工況下，轉(zhuǎn)輪室更換前后各振動數(shù)據(jù)對比(樞紐振動系統(tǒng)監(jiān)測)見表1。

表1 轉(zhuǎn)輪室振動監(jiān)測數(shù)據(jù)

3 測試情況分析

2012年6月14日，東方電機有限公司對3#機組轉(zhuǎn)輪室進行了模態(tài)試驗和振動測試。

3.1 充水狀態(tài)下模態(tài)試驗

充水狀態(tài)下各階振動模態(tài)頻率及阻尼比見表2。

表2 各階振動模態(tài)頻率和阻尼比

3#機組水輪機轉(zhuǎn)速93.8rpm，水機主軸轉(zhuǎn)頻激勵頻率為1.563Hz，轉(zhuǎn)輪葉片4倍轉(zhuǎn)頻(槳葉通過頻率)激勵頻率為6.253Hz。從模態(tài)固有頻率測試結(jié)果可以看出，3#機組轉(zhuǎn)輪室改造后的各階固有頻率均遠離激勵頻率1.563Hz、6.253Hz，因此不會產(chǎn)生轉(zhuǎn)輪室結(jié)構(gòu)共振。

3.2 振動測試分析

3#機組轉(zhuǎn)輪室的振動測試成果見表3。

表3 振動測試的位移振幅

從表3測試數(shù)據(jù)看出，3#機組轉(zhuǎn)輪室在空轉(zhuǎn)、空載、10MW負荷、20MW負荷、30MW負荷、32MW負荷運行過程中振動較小，沒有出現(xiàn)明顯的水力振動，負荷35MW、36MW時，轉(zhuǎn)輪室垂直(+Y)方向出現(xiàn)振頻為0.63Hz的低頻振動。負荷35MW時，通頻振幅為0.6mm，0.63Hz頻率振幅為0.57mm，占通頻95%；負荷36MW時，通頻振幅為0.78mm，0.63Hz頻率振幅為0.61mm，占通頻78%。

通過對轉(zhuǎn)輪室錘擊模態(tài)實驗，得到轉(zhuǎn)輪室的固有頻率為11.6Hz。而0.63Hz振動頻率遠離固有頻率11.6Hz，所以轉(zhuǎn)輪室振動不是共振造成的。 3.3 測試結(jié)果及建議

通過測試，東電認為，3#機組轉(zhuǎn)輪室及平臺改造是成功的，基本達到預(yù)期效果。建議修正協(xié)聯(lián)曲線，以期達到消除水力低頻渦帶的影響。

4 存在的問題

4.1 轉(zhuǎn)輪室與葉片單邊間隙設(shè)計值為0.00075D1，即總間隙為9.45mm。轉(zhuǎn)輪室安裝后檢測發(fā)現(xiàn)，槳葉總間隙為13.20mm～16.45mm，偏離設(shè)計及規(guī)范要求。此情況會增大機組耗水率，流量增加約1.28m3/s，效率損失在0.08%左右，對機組出力影響較小，無安全隱患；間隙按±X方向均勻調(diào)整，+Y比-Y方向大1.5mm～2.0mm調(diào)整。經(jīng)實測，毛水頭在13m時，轉(zhuǎn)輪室更換前后機組帶額定負荷時的導(dǎo)葉開度由78%增至80%。 4.2 轉(zhuǎn)輪室在制造過程中，不銹鋼與碳鋼結(jié)合焊縫處不是加工的圓滑過渡面，未在熱處理前堆焊后加工。

4.3 不銹鋼段選材厚度為55mm，碳鋼段選材厚度為50mm，接合縫錯牙情況較多，板材偏薄，局部加工余量偏少，可能會降低轉(zhuǎn)輪室加工的整體強度。

4.4 轉(zhuǎn)輪室供貨技術(shù)協(xié)議規(guī)定，轉(zhuǎn)輪室應(yīng)具有足夠的強度和剛度，加工后的過流面板厚45mm，局部每一塊減薄面積不超過0.25m2，總減薄面積不大于轉(zhuǎn)輪室總面積的1/20，板厚不低于40mm。東電報告轉(zhuǎn)輪室實測厚度42mm～51mm，基本達到轉(zhuǎn)輪室供貨技術(shù)協(xié)議要求。

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TK730.316：TK730.7

B

2095-1809(2015)01-0057-03

鄧小勇(1987-)，男，四川資陽人，從事水電站運行維護工作；

鄧小華(1981-)，男，四川廣元人，工程師，學(xué)士，從事水電站機電設(shè)備安裝和檢修管理等工作。