燈泡貫流水輪機振動的處理措施

梁永樹,徐藝恩

(廣西西江開發(fā)投資集團有限公司貴港航運樞紐分公司,廣西 貴港 537100)

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燈泡貫流水輪機振動的處理措施

梁永樹,徐藝恩

(廣西西江開發(fā)投資集團有限公司貴港航運樞紐分公司,廣西 貴港 537100)

桂平航電樞紐電站由于機組導水機構振動較大,導致導葉內軸頭漏水,焊接處產生裂紋,各聯(lián)接螺栓處動應力過大等后果,影響機組設備的安全運行和經濟效益。2008年先后對3臺水輪機轉輪改型,以其達到改善水流條件,降低共振頻率。但水輪機轉輪改型后機組的振動并沒有得到很好的解決,依然成為威脅電廠安全運行的重大隱患。該文主要通過分析水輪機振動產生的原因,改造加固措施,對于存在相類似問題的機組改造具有借鑒意義。

燈泡貫流水輪機;振動;處理措施

1 概述

桂平航電樞紐電站(原馬騮灘水電站)安裝3臺燈泡貫流水輪發(fā)電機組，單機容量為15.5 MW,額定轉速為90.9 r/min,轉輪直徑為5.5 m,為4葉片轉輪,16張導葉。3臺機組于1992—1993年陸續(xù)投產發(fā)電,在投產初期運行情況較好,機組運行平穩(wěn),但經過幾年的運行后機組出現(xiàn)了較大的振動和噪聲,特別是在導葉大開度時振動和噪聲很大,在水輪機低水頭運行時更甚,對機組的安全運行造成了較大的威脅。機組振動較大時不僅影響到機組自身,甚至傳遞到廠房砼建筑物和大壩。

2 水輪機改型

經過現(xiàn)場測量分析,認為水輪發(fā)電機組的振動和噪聲與水輪機水力因素有直接關系,是引起振動和噪聲的主要原因。當時提出了一些改造建議和意見,其中包括水輪機轉輪改型,改善水流條件,向轉輪后側尾水管內補壓縮空氣等方案。

經過相關論證分析,認為對水輪機轉輪改型是最可行的,隨即2008年通過招投標方式確定了3臺水輪機轉輪改型廠家。當時為了縮短改造工期,節(jié)省費用,水輪機改造采用CFD仿真解析,采取模型資料驗收的方式,另外實施了類似流道的模型試驗的方式,對于改型所用新轉輪并沒有采用真正意義上的模型試驗。水輪機轉輪改型后機組的振動并沒有得到很好的解決,依然成為威脅電廠安全運行的重大隱患。

水輪機改型前后的參數(shù)見表1所示。

表1 水輪機改型前后參數(shù)對比

3 振動的原因

經過水輪機改型后,水輪機的振動依然較大,造成振動的原因可能是原水輪機流道與改型轉輪不配套,由于只是更新轉輪,導水機構保留使用原設備,導水機構處的過流通道極有可能與轉輪處通道不相配,導致導水機構處水流流態(tài)較差。對于今后水輪機改造來說,一般應該將導水機構與轉輪整體更換較合適,或對于新轉輪與舊流道做完全成幾何比例的模型試驗較穩(wěn)妥。

水輪機轉輪改型后的振動直接影響到導水機構的安全運行,水輪機振動傳遞到導水機構,造成了導水機構處的振動較大,導致了導葉內外軸頭漏水,焊接處產生裂紋,各聯(lián)接螺栓處動應力過大等后果,急需對導水機構采取措施加固處理。

為了消除轉輪改造后機組振動依然較大的安全隱患,根據(jù)集團公司的要求,電站技術人員會同廠家分析了水輪機振動原因,對水輪機導水機構的連桿、內側軸、水封封板采取了加固處理措施,計劃先從振動比較大的2#機組開始實施。技術方案參考了轉輪改型廠家提出的導水機構連桿及內導軸座加固方案,并根據(jù)桂平機組現(xiàn)有設備實際情況最終確定了實施方案。

4 振動薄弱點

經分析,目前水輪機的振動薄弱點主要為3處,一是導葉連桿,二是導葉內側軸,三是水封封板。從現(xiàn)有的燈泡貫流式水輪機技術出發(fā),提出該3處薄弱點的處理方案。桂平水輪機3處振動薄弱點位置見圖1所示。

圖1 桂平水輪機三處振動薄弱點位置

5 水輪機振動處理措施

5.1 導葉連桿處理措施

導葉連桿結構圖如圖2所示。

圖2 桂平水輪機導葉連桿結構

目前桂平水電廠導水機構采用彈簧連桿與導葉連桿間隔布置的方式。經過校核,確認原導葉連桿總體結構不需要進行大的改變,只需對原導葉連桿設計方案個別尺寸進行小的調整,并且對連桿相關材料進行改善即可,這樣以增強連桿結構的剛強度,避免振動的影響。原設計方案與處理方案材料改變對比詳見表2所示。

表2 桂平導葉連桿原設計與處理措施對比

5.2 導葉內側軸處理措施

針對桂平水電廠導葉內側軸及螺栓均出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象,分析認為是由于導葉內側軸非正常受力,才導致內側軸端面及螺栓的損壞。桂平導葉內側軸原結構圖如圖3所示。

圖3 桂平導葉內側軸原結構示意

為了避免此問題,采取了對內側軸裝配設計如下處理措施。

1) 將目前電站的8-M16 螺栓改為8-M20,增加螺栓剛強度。

2) 增設球面墊圈和錐面墊圈,這樣可保證螺栓擰緊后與內側軸全面接觸,避免螺孔加工相對把合面的垂直度可能存在偏差導致螺栓受力不均。

3) 增加螺栓止動塊,點焊方式止動。對這一點也可采用螺栓的螺紋涂樂泰螺紋鎖固膠的方式,確保螺栓可靠止動。

4) 導葉內側軸法蘭厚度內原設計20 mm改為30 mm,增加導葉內側軸剛強度,避免導葉內側軸法蘭疲勞斷裂。

5) 內側軸Φ140 擋尺寸改為59,原則是保證軸端面不高出內導環(huán)凸臺面高度,不與轉動部分產生干涉,這樣才能保證內側軸正常受力。由于機組生產受當時技術條件各方面限制,可能會有一些差異,但基本原則是一樣的。

5.3 水封封板處理措施

桂平水輪機水封封板因為振動曾經出現(xiàn)過脫落情況,這里也是振動薄弱點,需要采取措施加固。鑒于此情況,針對桂平原設計的水封裝配圖紙及近些年燈泡貫流機水封裝配結構進行了對比研究,認為原設計確實存在薄弱情況,較容易出現(xiàn)因振動而造成水封封板脫落的現(xiàn)象。桂平原水封裝配圖示如圖4所示。

圖4 桂平原水封裝配示意

圖5為參照了近年來燈泡貫流式機組水封結構,對桂平水封結構的改造方案。本方案對水封座、水封封板進行了有效加強,可以避免原水封封板連接可能產生的脫落問題。

圖5 桂平水封結構改造方案

相對原設計方案,對水封座、水封封板進行重新設計加工,對于水封支承是利用原支承進行加工改造(與水封座連接處局部加工處理),改善方案主要的改進有以下幾點：

1) 水封座兩端連接法蘭厚度均由30 mm 增加至40 mm,水封座錐板厚度由8 mm 增加至25 mm。

2) 水封座與水封封板、水封支承連接方式變化,加強了連接的可靠性。

3) 水封封板厚度由由8 mm 增加至25 mm,水封封板與水封座用螺栓連接。

4) 水封封板分兩瓣,分瓣面用螺栓連接。電站安裝后,連接處用8 mm錐板封堵,以保證過流面平滑過渡。

6 結語

該水輪機振動處理措施經過有關專家的評審審核,評審意見認為處理措施可有效緩解水輪機振動對機組正常發(fā)電的影響,減少振動危害。桂平機組的經驗可以作為其它相類似的燈泡貫流機組借鑒,在進行水輪機改型時,特別是作為水輪機的核心部件轉輪改型時,易將導水機構與轉輪一起考慮改造,這樣可保證從導水機構開始到轉輪后部的過流通道相配套,同時轉輪易進行全流道幾何相似的模型試驗,對保證改造后的安全運行具有重要作用。

[1] 馬振宇.富金壩水電站2#機組水導軸承徑向振動原因分析及處理措施[J].廣東水利水電,2010(2)：48-51.

(本文責任編輯 馬克俊)

Treatment Measures for Vibration of Bulb Turbine

LIANG Yongshu, XU Yi'en

(Guangxi Xijiang Development& Investment Group Co. ，Ltd，Guigang 537100，China)

In Guiping hydropower station, conducting water framework causes large vibration, which leads to leakage in the inner spindle of guide blade and crack at welding joint, as well overstress on the joint bolts, and all these affects safety operation and economic benefit of equipments. In 2008, 3 bulb turbines have been modified to improve flowing condition and lower resonant frequency. But, the vibration problem is still existing after modification and becomes a big hidden danger, Therefore, unit vibration reasons and reinforcement have been analyzed in this paper, which could be provided as references for other unit modification.

bulb turbine；vibration； treatment

2016-06-08;

2016-08-19

梁永樹(1966)，男，工程師，主要從事水電站機電設備檢修工作。

TM312

B

1008-0112(2016)010-0040-03