雅瑪渡水電站轉(zhuǎn)輪護(hù)罩損毀故障原因分析及處理方案

【摘要】本文就雅瑪渡電站投運(yùn)初期，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪護(hù)罩運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題。由于轉(zhuǎn)輪護(hù)罩在機(jī)組運(yùn)行過程中主要保護(hù)主軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接螺栓的作用，對(duì)運(yùn)行機(jī)組的安全運(yùn)行我檢修技術(shù)人員對(duì)其運(yùn)行過程中存在的技術(shù)問題進(jìn)行分析，并提出解決方法。

【關(guān)鍵詞】法蘭護(hù)罩；主軸密封；檢修密封；空氣圍帶；泵板；原因分析；措施

概述

雅瑪渡水電站位于新疆伊犁哈薩克自治州鞏留縣境內(nèi)，工程位置距自治區(qū)伊寧市71km，距鞏留縣縣城30km。雅瑪渡水電站主要建筑物有分水閘、引水渠、排冰閘、壓力前池、溢流堰、泄水槽、壓力管道、電站廠房、尾水渠。引水渠長(zhǎng)6209m，尾水渠長(zhǎng)2375m，壓力管道長(zhǎng)2020m。電站壓力前池正常運(yùn)行水位858.30m，電站裝機(jī)容量132MW。水電站工程等別為III 等，工程規(guī)模為中型。

電站設(shè)計(jì)水頭154.3m，設(shè)計(jì)引用流量100m3/s，年發(fā)電量6.68 億kW·h，年利用小時(shí)數(shù)5061h。

雅瑪渡水電站水輪發(fā)電機(jī)組為立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速428.6r/min。水輪機(jī)型號(hào)HLA855-LJ-196，額定出力45.36MW；發(fā)電機(jī)型號(hào)SF44-14/4450，額定容量44MW；水輪發(fā)電機(jī)組由福建南電股份有限公司制造，水輪機(jī)進(jìn)水閥型號(hào)2500YYZ-3，由湖北洪城機(jī)械股份有限公司制造。

1、故障問題描述

雅瑪渡水電站渠道排水過程中，凌晨8點(diǎn)左右發(fā)現(xiàn)水車室有少量煙霧，運(yùn)行人員將1號(hào)機(jī)組停機(jī)。由于停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、上位機(jī)報(bào)導(dǎo)葉錯(cuò)位，運(yùn)行人員采取了關(guān)閉蝶閥的措施。

停機(jī)后檢修人員檢查了監(jiān)控模擬量水導(dǎo)冷卻器流量、油位、擺度、瓦溫等。水導(dǎo)油位正常，水導(dǎo)冷卻器流量正常、瓦溫最高54℃，水導(dǎo)擺度最大值0.19mm，兩項(xiàng)數(shù)據(jù)均未到報(bào)警停機(jī)數(shù)值。

2、故障問題檢查方向

2.1）壓力鋼管排水檢查蝸殼；

2.2）檢查導(dǎo)葉立面間隙；

2.3）檢查轉(zhuǎn)輪迷宮間隙；

2.4）檢修密封檢查。

2.5）頂轉(zhuǎn)子檢查

3、檢查結(jié)果

3.1）進(jìn)入蝸殼內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)大量雜物，由于一根短木卡在兩個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉之間造成16號(hào)導(dǎo)葉拐臂錯(cuò)位剪斷銷剪短。

如圖一：導(dǎo)葉間卡的短木；

3.2）檢修人員隨即更剪斷銷；

3.3）檢修人員將導(dǎo)葉全開對(duì)轉(zhuǎn)輪下冠與底環(huán)用塞尺檢查間隙發(fā)現(xiàn)間隙增大實(shí)際測(cè)量單邊3.2mm（廠家圖紙?jiān)O(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪下冠與底環(huán)單邊間隙要求1.6-1.8mm）超出設(shè)計(jì)要求數(shù)值。

3.4）檢修人員頂轉(zhuǎn)子操作檢查，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子無法正常頂起，經(jīng)分析決定對(duì)機(jī)組水導(dǎo)軸承、轉(zhuǎn)動(dòng)油、工作密封等設(shè)備進(jìn)行拆解檢查，拆解后發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)軸法蘭與轉(zhuǎn)輪連接螺栓保護(hù)罩損毀，空氣圍帶燒毀，空氣圍帶上盒、下座變形情況嚴(yán)重。

如圖二：法蘭護(hù)罩嚴(yán)重?fù)p毀變形；

如下圖三：法蘭護(hù)罩損毀的剩余上平面；

如圖四：法蘭護(hù)罩立面損毀卡在頂蓋和法蘭之間；

4、故障原因分析

4.1）原因之一由于春季融雪性洪水造成渠道內(nèi)大量泥沙，運(yùn)行工況較差，轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備磨損嚴(yán)重。

如下圖五：1號(hào)機(jī)組前池泥沙堆積；

4.2）原因之二法蘭護(hù)罩設(shè)計(jì)要求組合面螺栓使用高強(qiáng)度8.8級(jí)，M20螺栓4顆。實(shí)際安裝時(shí)使用了4.8級(jí)、M12螺栓4顆螺栓無法滿足設(shè)計(jì)要求強(qiáng)度；也是導(dǎo)致法蘭護(hù)罩損毀原因。

5、處理方法

5.1.經(jīng)過討論制訂檢修方案，考慮檢修時(shí)間長(zhǎng)會(huì)造成冬季渠道流水量小渠道水面結(jié)冰的危害，如果拆除發(fā)電機(jī)設(shè)備吊出轉(zhuǎn)子來完成檢修任務(wù)需要25天，為了減少機(jī)組拆解任務(wù)、又能安全可靠的恢復(fù)檢修后機(jī)組安全運(yùn)行，制訂發(fā)電機(jī)設(shè)備不拆卸，只針對(duì)水輪機(jī)頂蓋上附屬設(shè)備拆解，將頂蓋吊起足夠檢修空間后更換法蘭護(hù)罩只需要15天大大縮短了檢修工期；

5.2.頂蓋加控制環(huán)總重量7T，為保證檢修任務(wù)中安全施工，使用安全系數(shù)大的4臺(tái)5T吊葫蘆掛在下機(jī)架對(duì)稱4個(gè)方位將頂蓋吊吊起1.2米便于檢修。為防止導(dǎo)鏈長(zhǎng)時(shí)間吊重物產(chǎn)生疲勞斷裂，保障安全措施將使用3根Φ60mm長(zhǎng)1.2m的鋼管垂直支撐在頂蓋下方，預(yù)防導(dǎo)鏈疲勞斷裂造成頂蓋下滑防墜落措施。

5.3.頂蓋擋污上由于機(jī)組在轉(zhuǎn)動(dòng)中法蘭護(hù)罩高溫板融化后的凝固形成的高點(diǎn)，打磨處理。

如下圖六：頂蓋擋污環(huán)；

5.4.水輪機(jī)軸法蘭外圓一圈水平方向磨損15-18mm，垂直方向磨損80-90mm，上有卷邊。法蘭直徑變小，正常安裝法蘭護(hù)罩無法滿足強(qiáng)度

如下圖七：法蘭磨損部分加固前

6、法蘭護(hù)罩安裝方案；

6.1、預(yù)裝法蘭護(hù)罩，使用深度尺測(cè)量測(cè)量護(hù)罩與軸之間4個(gè)方位的中心距離，定位護(hù)罩中心確保與轉(zhuǎn)輪同心度。

6.2、使用框式水平儀檢查轉(zhuǎn)輪主軸與護(hù)罩立面四個(gè)方位的垂直度；

6.3、確定護(hù)罩中心水平高程后，在法蘭外外徑與法蘭護(hù)罩內(nèi)徑之間，加焊14mm圓鋼進(jìn)行焊接，保證護(hù)罩的整體強(qiáng)度。

7、具體焊接工藝如下；

7.1、使用507材質(zhì)焊條3.2mm，通過烘箱加熱；

7.2、護(hù)罩與法蘭之間間隙5-8mm，使用14mm圓鋼焊接在法蘭立面整圈焊接，然后吊起護(hù)罩，將14mm圓鋼內(nèi)徑焊接，保證圓鋼焊接強(qiáng)度，焊接過程保證母材溫度不宜過高防止變形。

7.3、將法蘭護(hù)罩立面與14mm圓鋼焊接處打磨平整，防止法蘭護(hù)罩與空氣圍帶盒間隙產(chǎn)生高點(diǎn)造成間隙過小產(chǎn)生的二次危害。

7.4將法蘭護(hù)罩落下調(diào)整中心、水平保證在0.50mm以內(nèi)，確保機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)法蘭護(hù)罩?jǐn)[度小。

7.5、緊固法蘭護(hù)罩上的12顆平頭螺栓，螺帽點(diǎn)焊，

7.6、將護(hù)罩立面與14mm圓鋼對(duì)稱分段焊接，增強(qiáng)法蘭護(hù)罩旋轉(zhuǎn)時(shí)的整體強(qiáng)度。

如下圖八：法蘭護(hù)罩焊接加固

7.7、復(fù)查法蘭護(hù)罩與主軸軸領(lǐng)中心不得超過0.50mm。

7.8、使用深度尺檢查法蘭護(hù)罩與軸領(lǐng)直徑的距離，測(cè)得數(shù)據(jù)如下，同心度對(duì)稱點(diǎn)未超過0.30mm滿足要求；

7.9回裝空氣圍帶盒、空氣圍帶、工作密封、轉(zhuǎn)動(dòng)油盆、水導(dǎo)瓦座、水導(dǎo)瓦等設(shè)備按廠家設(shè)計(jì)要求進(jìn)行回裝，保證安全運(yùn)行；

運(yùn)行前后水導(dǎo)瓦溫、擺度數(shù)據(jù)如下表；

檢修后水導(dǎo)瓦溫、擺度符合設(shè)計(jì)要求；

8、轉(zhuǎn)輪連接螺栓法蘭護(hù)罩損毀原因分析如下：

渠道引水式機(jī)組前池由于未能按時(shí)排沙造成前池堆積大量泥沙對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分磨損較大；

法蘭護(hù)罩螺栓安裝中未按設(shè)計(jì)要求使用高強(qiáng)度螺栓是造成這次法蘭護(hù)罩損毀的主要原因。

9、結(jié)束語

以上內(nèi)容分析電站運(yùn)行初期水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在運(yùn)行過程中存在的問題，并提出了解決方法，通過長(zhǎng)期運(yùn)行觀察目前水輪機(jī)在運(yùn)行過程中能保證安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)縮短了檢修工期，保障了經(jīng)濟(jì)效益。通過以上問題反映出渠道排水過程中對(duì)發(fā)電機(jī)組的危害，同時(shí)也反映了泥沙對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行產(chǎn)生的重大影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱淑萍主編《機(jī)械加工工藝及裝備》北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002

[2]楊可貞主編《機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)》北京：高等教育出版社，2005

[3]吳宗澤主編《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[M]北京：高等教育出版社，2006

[4]陸昌輝主編《VRML入門與提高》[M]北京：北京大學(xué)出版社，2002

作者簡(jiǎn)介：繆新建（1983-） 男，江蘇人，水輪機(jī)檢修班班長(zhǎng)，工程師。研究方向：水輪機(jī)、調(diào)速器安裝、檢修維護(hù)。