關(guān)門巖電站受油器故障分析及處理

李志堅（湖南澧水公司江埡水電站，湖南 慈利 427221）

關(guān)門巖電站受油器故障分析及處理

李志堅
（湖南澧水公司江埡水電站，湖南 慈利 427221）

摘要：受油器在燈泡貫流式機(jī)組中是一個非常重要的部件，直接影響著機(jī)組的大修周期及整個值班模式，本文具體分析了受油器常見故障的原因，重點分析了受油器中管擺度大的原因，并提出了很好的解決處理方案。

關(guān)鍵詞：受油器；同心限位環(huán)；大軸內(nèi)徑最小點

受油器是燈泡貫流式機(jī)組的一個重要的部件，將靜止的壓力油傳輸?shù)叫D(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪輪轂內(nèi)以推動槳葉開關(guān)，高壓油在動靜傳遞過程中的密封要求高，旋轉(zhuǎn)密封是世界難題，何況水輪發(fā)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)線速度大、振動擺度大且操作油壓高。

1　受油器故障特征

關(guān)門巖電站位于湖南省慈利縣，澧水一級支流婁水中下游，電站安裝3臺單機(jī)容量為11MW的燈泡貫流式機(jī)組，為已建成的江埡水利樞紐的反調(diào)節(jié)電站。三臺機(jī)組于2007年全部投產(chǎn)發(fā)電，一直以來調(diào)速器壓力油泵啟動頻繁，受油器漏油嚴(yán)重，浮動瓦容易磨損，每年必須更換浮動瓦，檢查發(fā)現(xiàn)浮動瓦軸向方向出現(xiàn)許多深度約為0.1mm左右的環(huán)形溝槽和拉傷痕跡，浮動瓦的徑向邊也存在明顯的摩擦痕跡，浮動瓦軸向和徑向方向都存在偏磨的現(xiàn)象。

2　受油器結(jié)構(gòu)

關(guān)門巖電站的受油器是一種比較典型的結(jié)構(gòu)設(shè)計，由三塊浮A、B、C動瓦形成兩個密封壓力油腔，操作油外管安裝在轉(zhuǎn)子中心體法蘭上，中管套裝在機(jī)組大軸和外管內(nèi)腔，中管外壁上均布有8條60mm×12mm的滑塊定位，保證中管和外管的同心度，導(dǎo)向頭以螺紋（M130×4）的方式左旋入中管的端部（見下頁圖1）。

3　運行中存在的問題及分析

（1）調(diào)速器壓力油泵啟動頻繁，浮動瓦運行時間2500h左右必須更換，每次檢修發(fā)現(xiàn)浮動瓦磨損嚴(yán)重，浮動瓦與導(dǎo)向頭及外管接觸面上有許多深淺不一的劃痕，且明顯存在偏磨的現(xiàn)象，而且與導(dǎo)向頭配合的B、C兩塊浮動瓦側(cè)面磨損很嚴(yán)重，這說明浮動瓦在運行過程中徑向擺度很大，中管與外管間隙較大，設(shè)計間隙為0.5mm左右，實際測量中管與外管間隙竟達(dá)到5mm左右，也許大家會認(rèn)為這是安裝的原因，其實有更深層次的原因，后面處理方案中有詳細(xì)分析。

（2）與外管配合的A瓦也有許多劃痕，實測外管擺度為0.08mm左右，擺度較好。這說明油質(zhì)較差，管路安裝過程中清理不干凈。

（3）導(dǎo)向頭端蓋嚴(yán)重偏磨，每年必須換向或更換，這主要是導(dǎo)向頭擺度過大引起，同時受油器外管與受油器本體不同心也有一定關(guān)系。

（4）槳葉接力器抽動，槳葉主配壓閥配油頻繁，這一般出現(xiàn)在浮動瓦運行時間快一年的時候。這說明主要也是浮動瓦漏油引起，同時槳葉接力器密封不好也會產(chǎn)生同樣的后果。

4　處理措施

對受油器存在的問題進(jìn)行分析，浮動瓦的磨損而引起密封不嚴(yán)漏油是故障的主要象征，其主要原因就是中管擺度過大，而油質(zhì)不好、槳葉接力器密封不好、受油器同心度偏差等是次要原因。

4.1中管擺度過大處理

浮動瓦擺度過大主要是因為中管與外管間隙過大，我站實測單邊間隙達(dá)到5mm左右，中管上有8條定位滑塊以保證中管與外管的同心度，設(shè)計間隙為0.5mm,是否可以將外管上的定位滑塊加大再與外管精細(xì)配合即可，實際操作根本不可行。機(jī)組大軸內(nèi)孔內(nèi)徑呈現(xiàn)兩頭大中間小，呈喇叭口（如圖2），D1=D3＞D2，這主要是由于機(jī)組大軸內(nèi)孔在加工過程中由于車床懸臂饒度引起內(nèi)孔尺寸的不一致。

中管安裝是由尾水管轉(zhuǎn)輪處往大軸內(nèi)插入，所以定位滑塊外徑最大不能超過D2，否則中管無法插入，這樣中管與外管的單邊最小間隙為（D3-D2）/2=4mm，無法達(dá)到廠家0.5mm的要求，所以單純只增大定位滑塊的尺寸是無法徹底解決中管與外管間隙過大的問題，這也是國內(nèi)同類機(jī)組無法根除此問題的重要原因之一。

僅通過加大限位滑塊的尺寸無法解決此問題，于是在外管圓周方向鉆三個沉頭定位螺栓來固定中管，第一臺機(jī)組A級檢修中按此方案實施，但實際效果不是令人很滿意。此方案主要存在如下缺陷：1）在外管上鉆孔攻絲，影響外管強(qiáng)度，定位螺栓調(diào)整完畢后必須用蓋板焊接，容易產(chǎn)生焊接變形；2）不便于具體實施操作。首先中管與外管的同心定位沒有合適的基準(zhǔn)，同時每次調(diào)整定位螺栓會引起外管的盤車數(shù)據(jù)也發(fā)生改變，盤車時間長，盤車數(shù)據(jù)基準(zhǔn)易變。開機(jī)運行后，出現(xiàn)過定位螺栓漏油的現(xiàn)象，外管擺度達(dá)到0.2mm左右（機(jī)組在線監(jiān)測數(shù)據(jù)），并有增大的趨勢，效果不能令人滿意。

圖1受油器結(jié)構(gòu)圖

1、導(dǎo)向頭；2、中管；3、同心限位套（改造制作）；4、定位滑塊；5、外管；6、浮動瓦A;7、浮動瓦B；8、浮動瓦C；9、轉(zhuǎn)子支架；10、槳葉接力器活塞

通過第一臺機(jī)組受油器檢修處理，對整個處理方案有了更深刻的認(rèn)識，吸取了前次檢修的經(jīng)驗，終于完美的解決了中管擺度過大的問題，主要過程如下：

（1）制作大軸內(nèi)孔測量專用工具，測出最小內(nèi)徑D2和最小點B點到槳葉接力器活塞端面的長度L的具體數(shù)值。將一個直徑為130mm的法蘭盤，在圓盤四周鉆孔攻絲安裝四個均布的調(diào)節(jié)螺栓，螺栓頭部焊接圓珠，法蘭盤固定在鍍鋅鋼管上，將法蘭盤插入機(jī)組大軸內(nèi)，通過調(diào)整法蘭盤上的調(diào)節(jié)螺栓，最終可測出大軸內(nèi)徑最小值D2為152mm，L值為3.79m，而D1為160mm，然后在中管的對應(yīng)位置焊接定位滑塊精確配合，確保中管與大軸內(nèi)孔間隙幾乎為零。

圖2中筐

（2）制作外管與中管之間的同心限位環(huán)。前面提到，中管前端與外管有很大間隙，最小也有（D3-D2）/2=4mm，而第一次檢修中用定位螺栓的方案效果不很理想，于是想到在中管與外管之間嵌入一個同心限位環(huán)。首先將中管外徑上車削一個臺階，直徑為130mm，公差為（-0.05，0），長度為8mm,用內(nèi)徑量表測得外管內(nèi)徑為160mm，公差（0.03，0.05），于是加工限位環(huán)（如圖3），保證限位環(huán)內(nèi)徑公差與中管相配，外徑公差與外管相配，最終限位環(huán)具體尺寸如下：內(nèi)徑為130mm，外徑為160mm，長度為80mm,同時在定位環(huán)上刨出四個槽讓油流通過，注意過流面積必須保證輪葉開關(guān)機(jī)時間。

圖3限位環(huán)

這樣中管通過端部法蘭螺栓、大軸最小點B點處定位滑塊，以及同心限位環(huán)三點完全固定死，中管與外管及大軸間的間隙幾乎為零。

4.2其他次要原因的處理

（1）確保透平油過濾干凈，管路安裝前全部用白棉布進(jìn)行抽拉，清潔管路不留死角，做到一絲不茍。

（2）外管與浮動瓦接觸的部位進(jìn)行鍍鉻處理，先將外管磨小0.1mm左右，再熱鍍同樣厚度的鉻層，大大提高外管的光潔度及硬度，減少對浮動瓦A瓦的磨損。

（3）將轉(zhuǎn)輪體芯與槳葉接力器油缸密封更換為兩道車氏密封，第一道密封為聚四氟乙烯滑環(huán)加O型圈組合，第二道密封為聚氨酯加O型圈組合，這種密封設(shè)計壓力可達(dá)到60MPa，安裝完畢后我們現(xiàn)場打壓6.3MPa，保壓2h，幾乎沒有滲漏，效果很好。

（4）嚴(yán)格盤車數(shù)據(jù)，外管盤車時應(yīng)注意連接螺栓的憋勁，確保外管擺度不大于0.1mm,我站外管盤車擺度最終為0.08mm。

（5）保證受油器本體與外管同心。用內(nèi)徑量表測量受油器本體與外管的內(nèi)徑大小，調(diào)節(jié)受油器本體與外管同心度，偏差不大于0.1mm，同時將受油器連接管路全部更換成軟管。

5　結(jié)論

受油器回裝完成后，機(jī)組投入正常運行，外管擺度為0.05～0.06mm（機(jī)組在線監(jiān)測數(shù)據(jù)）,調(diào)速器壓力油泵啟停時間達(dá)到了1.5h，機(jī)組已正常運行一年時間油泵啟停時間幾乎沒變化，整個受油器改造效果非常完美。

Abstract: Guide vane apparatus is one of key parts for a set of hydropower unit. In China, the installation of guide vane apparatus for Francis turbine should be carried out after pre-assembly normally. Taking other hydropower stations into consideration, the none field pre-assembly of guide vane apparatus is discussed and provided to peers.

Key words: guide vane apparatus; hydroturbine; pre-assembly; field

中圖分類號：TV738

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）01-0060-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.020

收稿日期：2014-08-28

作者簡介：李志堅（1973-），男，工程師，從事電廠運行及檢修管理工作。

Vibration characteristic analysis of mixed flow hydroturbine runner based on fluid structure interaction

ZHANG Xin1, ZHENG Yuan1,2, ZHANG De-hao3, WANG Zhong-feng3, WEI Qing-lian3
(1. College of Energy and Electrical Engineering, Hohai University, Nanjing 211100, China; 2.National Engineering Research Center of Water Resources Efficient Utilization and Engineering Safety, Hohai University, Nanjing 21098, China; 3. Baishan Power Factory, Xinyuan(Holdings) Company Limited, State Grid, Jilin 132400,China)

Abstract:The resonance of turbine will cause resonance crack on the turbine blade，so it is necessary to calculate the natural frequency of turbine to avoid external excitation frequency. The fluid structure interaction (FSI) method which combines CFD software CFX and finite element software ANSYS Workbench is introduced in the present paper. The finite element modal analysis is made on a domestic Francis turbine to calculate the modal of the turbine with and without considering the pre-stress respectively. Natural frequencies and mode shapes of the turbine are calculated in the air and water respectively. The results show that the natural frequencies of the turbine will increase by considering the pre-stress. However，the increasing ratio is less than 0.5%, so the effects of pre-stress can be ignored. Natural frequencies in water are reduced significantly than that in air, and the declined degrees vary in different frequency order. The general trend of drop coefficient is reduced with the increase of frequency order.

Key words:Turbine; modal analysis; FSI; pre-stress

Research and application of self-adjusting forced thrust bearing supported by elastic cushion

WANG Huan-dong
(Zhejiang FF Electrical Power Equipment CO., Ltd, Hangzhou 311201, China)

Abstract: The synthetic rubber elastic cushion which is installed under the thrust pad will generate self-adjusting for the forced thrust bearing. It has simple structure, excellent self-adjusting performance, low temperature difference in bearing shell and stable operation. The self-adjusting function of axis for thrust bearing makes the jigger without scraping and the axial line without dealing. It is the best choice for the medium and small type of generator unit to change the rigidity thrust bearing into elastic cushion thrust bearing.

Key words: rigidity thrust bearing; synthetic rubber elastic cushion; elastic cushion thrust bearing

Discussion of DC system operation for large station based on a DC grounding fault

XU Peng
(Longtan Hydropower Development Co., Ltd., Tian’e 547300, China)

Abstract: Based on the analysis of an instantaneous direct current (DC) system ground fault, it is found that the parasitic circuit brings about the ground fault in two completely independent DC system simultaneously. The wide use of devices such as microprocessor-based insulation monitoring device, static type protection device, filtering circuit, long cables and so on in large plant station makes DC system operation have some new problems. The operation of large-scale plant station with DC system under the new situation is discussed.

Key words: DC system; ground fault; insulation monitoring device; equivalent capacitance

Feasibility study of field pre-assembly and none pre-assembly for guide vane apparatus

TANG Zhi-an, LI Zhi-hui
(
Toshiba Hydro Power (Hangzhou) Co., Ltd, Hangzhou 311504, China)