百花灘電廠3號機(jī)組水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片拒動的處理

韓玉力

（中廣核洪雅百花灘水力發(fā)電有限公司，四川眉山620360）

百花灘電廠3號機(jī)組水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片拒動的處理

韓玉力

（中廣核洪雅百花灘水力發(fā)電有限公司，四川眉山620360）

百花灘電站3號機(jī)組突然出現(xiàn)強(qiáng)烈振動故障的分析，故障點(diǎn)的檢查、修復(fù)及難點(diǎn)和后期注意事項(xiàng)。

3號機(jī)組；水輪機(jī)；振動；葉片拒動；修復(fù)

0 概述

百花灘電廠屬河床式水電站，裝機(jī)容量3× 40 MW，采用軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機(jī)，水輪機(jī)型號ZZJK508-LH-540，由樂山東風(fēng)電機(jī)廠設(shè)計(jì)制造。轉(zhuǎn)輪主要由轉(zhuǎn)輪體、葉片、葉片密封裝置、葉片操作機(jī)構(gòu)、葉片操作系統(tǒng)及泄水錐等組成。

2015年12月，電廠3號機(jī)組在低水頭、低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，突然出現(xiàn)強(qiáng)烈的振動。經(jīng)觀測，3號機(jī)組在低水頭和低負(fù)荷工況下振動現(xiàn)象突出，在高水頭和滿負(fù)荷工況下振動值正常；另外，相同工況下和其它2臺機(jī)組相比，3號機(jī)組導(dǎo)葉開度和耗水率均高于其它機(jī)組，且3號機(jī)組運(yùn)行中有約2 MW負(fù)荷波動。結(jié)合各種現(xiàn)象，初步分析判斷為水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片失去協(xié)聯(lián)，即轉(zhuǎn)輪葉片操作機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障。

2016年2月2日，電站檢修人員在布置安全措施后，開啟3號機(jī)組尾水進(jìn)入孔對轉(zhuǎn)輪進(jìn)行操作檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片拒動，葉片始終處于全開位置。

1 故障點(diǎn)的判定

首先，從轉(zhuǎn)輪5個(gè)葉片全部拒動和開度的一致性，排除操作架與葉片傳動機(jī)構(gòu)故障的可能性。

其次，操作受油器輪葉開度指示正常，說明轉(zhuǎn)輪接力器工作正常，排除轉(zhuǎn)輪接力器以上部件故障的可能性。

排除以上2點(diǎn)后，確定故障點(diǎn)在操作架與轉(zhuǎn)輪接力器活塞的連接上，且存在以下4個(gè)可能點(diǎn)：

（1）操作架上部活塞桿斷裂；

（2操作架下端與活塞桿連接的套環(huán)及卡環(huán)脫落；

（3）操作架上端面活塞桿止口處斷裂；（4）卡環(huán)上端面或下端面活塞桿止口處斷裂?？赡芄收宵c(diǎn)示意如圖1：

圖1 故障點(diǎn)位置示意圖

根據(jù)結(jié)構(gòu)和受力分析，4個(gè)故障點(diǎn)的可能性為故障點(diǎn)2＜故障點(diǎn)1＜故障點(diǎn)3＜故障點(diǎn)4。故障點(diǎn)4可能性最大原因?yàn)椋捍颂帪榛钊麠U直徑最小處（直徑240 mm，其余位置分別為320 mm和365 mm），且為受力集中點(diǎn)，另外，止口直角處沒有進(jìn)行倒R角處理，直角處加工刀口易受力開裂直至截面減小后被操作力突然拉斷。

2 故障修復(fù)方案的確定

由于已判定葉片拒動故障點(diǎn)在轉(zhuǎn)輪體內(nèi)部，電廠組織相關(guān)人員和廠家設(shè)計(jì)人員，提出以下幾種處理方案，并進(jìn)行了對比分析（見表1）。

表1 方案對比分析

經(jīng)研究討論，通過了C級檢修從尾水管搭建檢修平臺修復(fù)葉片拒動故障的可行性，并確定方案如下：

（1）搭建檢修平臺；

（2）拆卸泄水錐圍板和泄水錐Ⅰ段；

（3）從泄水錐Ⅱ段放油閥排除轉(zhuǎn)輪Q腔和大軸內(nèi)的透平油；

（4）拆卸泄水錐Ⅱ段，檢查故障點(diǎn)位置，并根據(jù)故障點(diǎn)位置采用以下方案：

a卡環(huán)上端面或下端面活塞桿止口處斷裂。采用將操作架焊接固定在活塞桿上的方式。

b操作架上端面活塞桿止口處斷裂或者操作架上部活塞桿斷裂。這兩種情況均因空間受限不能進(jìn)行修復(fù)，只能采取用外力將葉片拉至最優(yōu)開度（如滿負(fù)荷時(shí)的開度），在轉(zhuǎn)輪體上焊接擋塊，使轉(zhuǎn)輪定槳運(yùn)行。

c操作架下端與活塞桿連接的套環(huán)及卡環(huán)脫落。此情況僅需將卡環(huán)和套環(huán)回裝即可。

3 故障點(diǎn)的檢查情況

經(jīng)布置安全措施和搭建檢修平臺，順利從泄水錐開始拆卸，后檢查出活塞桿從卡環(huán)下端面止口直角處逐漸開裂，當(dāng)截面減少至約1/6時(shí)受力突然斷裂，造成操作架失去拉力，葉片不能往關(guān)方向動作。

4 故障的修復(fù)

修復(fù)結(jié)構(gòu)示意如圖2：

圖2 修復(fù)結(jié)構(gòu)

采用方案a進(jìn)行修復(fù)。首先，在活塞桿卡環(huán)段上套入30 mm厚止推法蘭盤，在活塞桿下端焊接T型鋼板，調(diào)整好法蘭盤位置后，用2只千斤頂將法蘭盤頂緊，使操作架貼合緊密，然后對法蘭盤內(nèi)圓與活塞桿進(jìn)行堆焊。再在法蘭盤下端的活塞桿上軸向焊接10塊三角形筋板，加固法蘭盤與活塞桿的連接。

另外，通過操作架的空隙進(jìn)行施工，在操作架上端面與活塞桿焊接10塊筋板，強(qiáng)化了操作架與活塞桿的連接。

1）修復(fù)受力計(jì)算：

活塞直徑：φ1 250 mm；活塞桿直徑：φ365 mm；

活塞桿卡環(huán)直徑：φ240 mm；活塞工作油壓：40 kg/cm2；

卡環(huán)處的拉力：

P=40×（125^2-36.5^2）×π/4=449 020 kg

卡環(huán)處的拉應(yīng)力：σ=P/（π/4×24^2）=992.6kg/cm2

2）操作架修復(fù)情況：

上部：活塞桿與操作架用10個(gè)90mm×90 mm× 20 mm的三角板相焊，焊縫高度為10 mm；

下部：用一個(gè)φ400/φ255×30法蘭盤與活塞桿及操作架相焊，再用10個(gè)70 mm×90 mm×20 mm的三角板與法蘭盤及活塞桿相焊，焊縫高度為10mm；三角板及法蘭盤所用材料均為Q235-A；

3）上部筋板能承受的拉力為：

考慮焊縫的允許拉應(yīng)力為1 500 kg/cm2（焊縫材料的拉斷應(yīng)力大于2 350 kg/cm2）

單個(gè)筋板作用面積：F=9×2=18 cm2。

10個(gè)筋板作用力：P=10×F×1 500=270 000 kg；

4）下部筋板能承受的拉力為：

考慮焊縫的允許拉應(yīng)力為1 500 kg/cm2（焊縫材料的拉斷應(yīng)力大于2 350 kg/cm2）

單個(gè)筋板作用面積：F=9×2=18 cm2

10個(gè)筋板作用力：P=10×F×1 500=270000 kg；

5）上下筋板合力為：270000+270000=540000kg＞449 020 kg。

該計(jì)算還未計(jì)入法蘭盤所受的力，因此該處理方案是完全能滿足受力要求的。

5 故障修復(fù)的主要難點(diǎn)

（1）檢修平臺的搭建難度大。平臺跨度約6 m，且需承重2 t多，結(jié)構(gòu)須較正常檢修平臺更牢固。此次整個(gè)平臺的搭建耗費(fèi)約4 d時(shí)間，先用腳手架從尾水管底部層層往上搭建高約10 m的輔助平臺，然后通過輔助平臺架設(shè)承重平臺。承重平臺用120槽鋼對焊后搭建成井型架，并加以輔助加固措施。

（2）焊接工藝水平要求高。由于主要受力部件多為仰焊、堆焊，且空間位置不便于施工，如果焊接質(zhì)量差則易造成受力損壞。此次焊接工作外委專業(yè)焊工按照標(biāo)準(zhǔn)工藝流程完成。

6 后期的注意事項(xiàng)

（1）3號機(jī)組后期進(jìn)行A修作業(yè)時(shí)，轉(zhuǎn)輪體拆卸工作難度將增大，拆卸操作架需進(jìn)行大量的刨除作業(yè)。

（2）另外2臺機(jī)組雖在近期A修工作中對活塞桿探傷檢查未發(fā)現(xiàn)異常，但由于活塞桿止口處加工缺陷，不排除其發(fā)生斷裂的可能性，運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)對機(jī)組振動的監(jiān)測。

7 結(jié)語

百花灘電廠3號機(jī)組通過C級檢修拆卸轉(zhuǎn)輪泄水錐，順利完成了輪葉拒動故障的修復(fù)，目前機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。此次修復(fù)工作共計(jì)12個(gè)工作日，投入人工約50個(gè)工時(shí)，相比A級檢修節(jié)約了大量的人力、財(cái)力及工期，且達(dá)到了機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的目的，為后期的檢修工作積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

[1]東風(fēng)電機(jī)廠.ZZJK508-LH-540水輪機(jī)裝配圖[Z].

[2]DL/T 838-2003發(fā)電企業(yè)設(shè)備檢修導(dǎo)則[S].

[3]DL/T817-2002立式水輪發(fā)電機(jī)組檢修技術(shù)規(guī)程[S].

TK730.8

B

1672-5387（2017）02-0028-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.02.009

2016-09-07

韓玉力（1981-），男，工程師，從事水電站機(jī)械設(shè)備檢修工作。