錦屏一級水電站水輪機(jī)導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整及影響因素分析

王　軒　白　剛

(中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安　710032)

水電站技術(shù)

錦屏一級水電站水輪機(jī)導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整及影響因素分析

王軒白剛

(中國水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安710032)

【摘要】大型水輪機(jī)導(dǎo)葉的端面間隙對整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組的效率指標(biāo)及安全穩(wěn)定運(yùn)行有著重要影響。本文對錦屏一級水電站2號機(jī)導(dǎo)葉上、下端面間隙的調(diào)整及影響因素作了分析，希望對大型混流式水輪發(fā)電機(jī)組導(dǎo)葉端面間隙的調(diào)整及間隙分配有一定的借鑒作用。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)葉； 端面間隙；錦屏一級電站；調(diào)整

1工程概況

錦屏一級水電站位于四川省涼山州鹽源縣和木里縣境內(nèi)，距西昌市約187km，是雅礱江干流(卡拉—江口河段)5個(gè)梯級中的龍頭電站，發(fā)電廠房為地下廠房，布置在右岸，安裝有6臺單機(jī)功率600MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，每臺機(jī)組有24個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉，導(dǎo)葉采用無套筒結(jié)構(gòu)，每個(gè)導(dǎo)葉設(shè)有上、中、下3個(gè)導(dǎo)軸承，均為自潤滑青銅軸承，導(dǎo)葉中、下軸承分別安裝一套Y型、O型密封，用于止水，單個(gè)導(dǎo)葉高1134mm、寬1050mm，端面總間隙設(shè)計(jì)為0.40～1.00mm。

2導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整工藝

a.利用M72×6圓柱頭螺釘、螺母調(diào)整導(dǎo)葉端面間隙，利用塞尺測量導(dǎo)葉上、下端面間隙。導(dǎo)葉端面間隙分布為：原方案要求導(dǎo)葉上端面間隙為導(dǎo)葉總間隙的40%；導(dǎo)葉下端面間隙為導(dǎo)葉總間隙的60%。圖1為導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整示意圖。

圖1　導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整示意圖

b.拆除導(dǎo)葉端蓋，中心位置加入鉛條(導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整板處)，安裝端蓋，利用M72×6調(diào)節(jié)螺栓提升導(dǎo)葉，調(diào)整導(dǎo)葉間隙至合適位置后，將導(dǎo)葉下落，取出相應(yīng)的鉛條測量厚度，并做出相應(yīng)標(biāo)記。

c.根據(jù)鉛條厚度對間隙調(diào)整板進(jìn)行配刨加工，與鉛條、導(dǎo)葉編號一一對應(yīng)。

d.加工完成后，根據(jù)編號將導(dǎo)葉間隙調(diào)整板安裝于導(dǎo)葉軸中心位置。安裝導(dǎo)葉端蓋，把緊端蓋固定螺栓后，復(fù)測導(dǎo)葉上、下端面間隙，導(dǎo)葉上、下端面間隙應(yīng)滿足相應(yīng)的要求，否則應(yīng)取出間隙調(diào)整板對其進(jìn)行再次配刨或在導(dǎo)葉頂部與墊片之間加墊處理。

e.導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整合格后，安裝防抬壓板，將防抬軸承把合在防抬壓板上。該機(jī)組水輪機(jī)導(dǎo)葉的抗浮裝置采用防抬壓板型式，每個(gè)導(dǎo)葉周圍均安裝有兩個(gè)半圓形的導(dǎo)葉防抬壓板，防抬壓板與頂蓋采用螺栓相連接，通過控制防抬軸承與導(dǎo)葉止推環(huán)間隙來限制導(dǎo)葉在運(yùn)行中的上浮量。防抬壓板安裝見圖2。

圖2　防抬壓板安裝示意圖

f.把緊防抬壓板螺栓。測量相應(yīng)的止推間隙，應(yīng)在0.05～0.10mm之間。如不滿足應(yīng)再松開防抬壓板進(jìn)行加墊處理。

3錦屏一級水電站2號機(jī)導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整相關(guān)數(shù)據(jù)

3.1　安裝、調(diào)整后的原始數(shù)據(jù)

錦屏一級水電站2號機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉端面間隙于2014年2月20日調(diào)整完成，24個(gè)導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整量見圖3，調(diào)整數(shù)據(jù)見表1，數(shù)據(jù)反映導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整質(zhì)量達(dá)到雅礱江流域水電開發(fā)有限公司企業(yè)優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。

圖3　導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整量示意圖

(單位：mm)

續(xù)表

3.2　經(jīng)過長期滿負(fù)荷運(yùn)行后端面間隙的變化情況

2號機(jī)于2014年5月30日移交電廠投入商業(yè)運(yùn)行，經(jīng)過汛期滿負(fù)荷發(fā)電考驗(yàn)，于2014年12月初停機(jī)C修，檢查發(fā)現(xiàn)24個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉中有20個(gè)導(dǎo)葉端面間隙超標(biāo)，除4號、5號、13號、14號導(dǎo)葉端面間隙與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不大外，普遍呈現(xiàn)“下大上小”的規(guī)律，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2　2號導(dǎo)葉端面間隙記錄表(停機(jī)檢修)　(單位：mm)

續(xù)表

24個(gè)導(dǎo)葉中有21個(gè)導(dǎo)葉防抬軸承間隙為0(設(shè)計(jì)值為0.05~0.10mm)；22個(gè)止推軸承有間隙(設(shè)計(jì)值為0)，最大0.55mm，最小0.10mm，具體數(shù)據(jù)見表3。同時(shí)發(fā)現(xiàn)7號、8號、9號、18號、19號、20號、21號導(dǎo)葉對應(yīng)頂蓋止推軸承(抗磨板)表面有刮痕。

表3　2號機(jī)組止推裝置與拐臂摩擦環(huán)間隙測量記錄表　(單位：mm)

4導(dǎo)葉上浮原因分析

在中高水頭混流式水輪機(jī)運(yùn)行過程中，中高壓水通常會(huì)通過導(dǎo)葉下軸頸的密封滲入到軸孔內(nèi)及底環(huán)與基礎(chǔ)環(huán)形成的空腔內(nèi)，所形成的高壓靜水壓力作用在下軸頸端面，使導(dǎo)葉上抬。諸多電站的實(shí)地測量顯示：高水頭混流式水輪機(jī)當(dāng)運(yùn)行一段時(shí)間后，導(dǎo)葉的端面間隙普遍會(huì)增大，使機(jī)組的效率降低。

錦屏一級水電站水輪機(jī)為達(dá)到導(dǎo)葉減壓抗浮的目的，分別在底環(huán)每個(gè)導(dǎo)葉下軸套內(nèi)沿軸向鉆直徑20mm的排水孔，24個(gè)導(dǎo)葉下軸套排水孔通過兩個(gè)半圓形的排水管匯集后排入集水井(見圖4)，但在實(shí)際使用過程中，不排除異物堵塞排水孔導(dǎo)致排水不暢，或因下軸套密封的磨損致使來自蝸殼的水壓通過導(dǎo)葉下軸密封進(jìn)入導(dǎo)葉下軸頸使導(dǎo)葉上浮。

圖4　導(dǎo)葉下軸套排水示意圖

錦屏一級水電站導(dǎo)葉下軸頸密封采用O型密封圈與Y型密封組合的密封型式，在機(jī)組C修過程中檢查發(fā)現(xiàn)O型密封圈與Y型尺寸不匹配，O型密封圈未在Y型密封槽內(nèi)，尺寸略大于Y型密封。致使導(dǎo)葉上浮后，下軸頸密封壓縮量過大，導(dǎo)葉復(fù)歸困難。

部分導(dǎo)葉端面總間隙與原始數(shù)據(jù)相比增加0.05～0.10mm，分析原因如下：

a.頂蓋、座環(huán)屬于焊接部件，隨著時(shí)間推移存在應(yīng)力釋放現(xiàn)象。

b.充水后，座環(huán)、頂蓋承載較大水壓，致使出現(xiàn)相對變形。

c.機(jī)組在運(yùn)行過程中，頂蓋等部位均存在不同程度振動(dòng)，致使應(yīng)力釋放不統(tǒng)一，局部受力較大等。

5導(dǎo)葉端面間隙恢復(fù)調(diào)整所采取的措施

針對2號機(jī)組導(dǎo)葉出現(xiàn)的情況，結(jié)合國內(nèi)大盈江四級、蒲石河和小灣電站類似情況的檢查及處理經(jīng)驗(yàn)，于2014年12月19日，錦屏水力發(fā)電廠組織召開了錦西電廠2號機(jī)組導(dǎo)葉間隙問題專題咨詢會(huì)，咨詢會(huì)專家組認(rèn)為2號機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝符合規(guī)范要求。

機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，出現(xiàn)導(dǎo)葉上浮無法復(fù)位的原因有導(dǎo)葉下軸頸密封壓縮量過大、導(dǎo)葉排水孔堵塞或排水不暢、導(dǎo)葉出現(xiàn)憋勁等。且根據(jù)實(shí)際情況檢查情況分析，導(dǎo)葉下軸頸密封壓縮量過大的可能性較大。專家組建議拆除并頂起頂蓋對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的相關(guān)部位(特別是導(dǎo)葉下軸頸密封情況)進(jìn)行檢查，根據(jù)檢查情況進(jìn)行分析和處理，同時(shí)，建議導(dǎo)葉端面間隙按照“上大下小”的原則進(jìn)行調(diào)整。在后續(xù)工作中通過頂起2號機(jī)頂蓋對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查，并對24個(gè)導(dǎo)葉下軸套及排水孔、排水管道進(jìn)行了沖洗、清掃，確認(rèn)24個(gè)導(dǎo)葉下軸孔清潔、無異物堵塞排水孔。

2014年12月23日，確認(rèn)導(dǎo)葉“上部間隙按總間隙的60%設(shè)置，下部間隙按總間隙的40%設(shè)置，間隙的允許偏差為±0.05mm”。

在更換了下軸頸O型密封圈與Y型密封(使組合密封與盤根槽匹配)，導(dǎo)葉下軸孔檢查完畢后，頂蓋按原預(yù)裝位置回裝定位銷釘，打緊頂蓋與座環(huán)之間的連接螺栓，導(dǎo)葉防抬壓板間隙按照設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍下限調(diào)整，導(dǎo)葉止推軸承通過加墊方式保證與止推環(huán)之間無間隙，進(jìn)行了導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整。具體數(shù)據(jù)參見表4。

表4　導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整記錄表(重新調(diào)整)　(單位：mm)

由于機(jī)組長時(shí)間運(yùn)行，導(dǎo)葉下端的金屬密封存在不同程度的磨損，因此導(dǎo)葉端面總間隙比設(shè)計(jì)值略有偏大。

采取了以上措施后，2號機(jī)組從2015年2月12日開機(jī)運(yùn)行至今，所有導(dǎo)葉均未發(fā)生任何異常上浮狀況，導(dǎo)葉止推環(huán)間隙未發(fā)生明顯變化。

6結(jié)語

通過錦屏一級水電站2號機(jī)C修對導(dǎo)葉上浮問題的處理，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)采取導(dǎo)葉防抬減壓措施的合理性。更換了不配套的導(dǎo)葉下軸套密封件，減少了蝸殼至下軸套的漏水量。重新分配了導(dǎo)葉上、下端面間隙的取值范圍，抵消了導(dǎo)葉上浮趨勢。將頂蓋頂起后重新安裝，釋放了新機(jī)組運(yùn)行過程中產(chǎn)生的變形應(yīng)力。2號機(jī)完成導(dǎo)葉端面間隙重新調(diào)整后，通過運(yùn)行檢驗(yàn)，說明采取的方法措施是正確的，希望對今后類似大型機(jī)組水輪機(jī)的導(dǎo)葉防抬減壓及端面間隙的調(diào)整分配有一定的借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

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的徑向和切向負(fù)荷，因此，對于魯?shù)乩娬局睆酱?、重量重、支臂多的巨型下機(jī)架，對安裝質(zhì)量和工藝提出了更加苛刻的要求。在裝焊過程中，需要特別注意以下環(huán)節(jié)：下機(jī)架組裝精度的控制，包括中心體水平度、支臂半徑、支臂弦長、支臂水平度等相關(guān)尺寸的控制；支臂焊接工藝確定及焊接過程中下機(jī)架變形控制，是下機(jī)架組裝技術(shù)的關(guān)鍵；中心及高程控制也是下機(jī)架安裝的關(guān)鍵技術(shù)，尤其是考慮到整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的重量負(fù)荷，根據(jù)以往類似機(jī)組經(jīng)驗(yàn)，下機(jī)架的安裝高程需比設(shè)計(jì)值高約0.5mm左右。

Analysis on turbine guide vane end clearance adjustment and influence

factors in Jinping First Cascade Hydropower Station

WANG Xuan, BAI Gang

(SinohydroBureau3Co.,Ltd.,Xi’an710032,China)

Abstract:Large turbine guide vane end clearance has important influence on efficiency index and safe stable operation of the whole turbine generator unit. In the paper, adjustment and influence factors of guide vane end clearance in Jinping Hydropower Station No.2 machine are analyzed. It is expected that the paper can provide certain reference for the adjustment and clearance distribution of large-scale mixed flow turbine generator unit guide vane end clearance.

Key words:guide vane; end clearance; Jinping First Cascade Power Station; adjustment

中圖分類號：TV734.2

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1673-8241(2015)12-0037-05

DOI:10.16617/j.cnki.11- 5543/TK.2015.12.012