官地水電站水輪機頂蓋平壓排水金屬軟管改造介紹

劉 波，蹇萬祥，陳 棟

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川成都 610051)

0 引言

官地水電站位于四川省涼山州西昌市與鹽源縣交界的雅礱江上，與西昌市直線距離約40 km，是錦屏一、二級電站和二灘電站的中間梯級電站。

官地水電站樞紐主要建筑物由左右岸擋水壩、中孔壩段和溢流壩段(碾壓混凝土重力壩)、消力池、右岸引水系統(tǒng)及地下廠房發(fā)電系統(tǒng)組成。右岸布置引水發(fā)電系統(tǒng)，壓力管道采用單機單管供水，右岸地下廠房裝機4臺600 MW機組，總裝機容量2 400 MW，年平均發(fā)電量為111.29億kW·h。

電站的開發(fā)任務(wù)主要是發(fā)電，與錦屏一、二級電站作為一組電源同步運行，在電力系統(tǒng)中承擔調(diào)峰及調(diào)頻任務(wù)。四臺機組于2013年3月全部投產(chǎn)發(fā)電，為HLD538-LJ-770型混流式立軸水輪機。

1 頂蓋排水系統(tǒng)組成

水輪機頂蓋排水系統(tǒng)主要由頂蓋自流排水、機坑自流排水、頂蓋排水泵排水和頂蓋平壓排水系統(tǒng)組成，正常頂蓋內(nèi)部積水以頂蓋自流排水為主，頂蓋與轉(zhuǎn)輪間積水以頂蓋平壓排水為主[1]。頂蓋自流排水主要是通過設(shè)置在座環(huán)固定導(dǎo)葉上的4個Φ115 mm排水孔，以自流方式排至滲漏集水井。機坑自流排水主要是通過設(shè)置在機坑里襯上的Φ219 mm排水管，同樣以自流方式排至滲漏集水井。頂蓋排水泵排水主要是通過設(shè)置在頂蓋底板上的兩臺潛水泵，來排除較大的頂蓋內(nèi)部漏水，通過水泵排至水輪機尾水管。頂蓋平壓排水主要是通過布置在頂蓋內(nèi)部的8根Φ325 mm平壓排水管，將頂蓋與轉(zhuǎn)輪上腔的積水排至尾水管。

2 頂蓋平壓排水金屬軟管存在的問題

官地水輪機頂蓋為鋼板焊接結(jié)構(gòu)。為了減輕機組運行中的軸向水推力以及減小頂蓋的水壓力，提高推力軸承運行的安全可靠性，在頂蓋上均勻開設(shè)了8個DN300直通水輪機尾水管的頂蓋平壓排水管。上止漏環(huán)漏入頂蓋與轉(zhuǎn)輪上腔的水，經(jīng)頂蓋平壓排水管直接排到尾水管。在機坑里襯與頂蓋間采用DN300金屬軟管進行連接，這樣設(shè)計的初衷主要是考慮到金屬軟管的柔韌性、伸縮性、彎曲和抗振能力強的特點。

機組投運后不久，部分頂蓋平壓金屬軟管陸續(xù)出現(xiàn)刺水及漏水情況如圖1所示， 由于頂蓋排水系統(tǒng)排水能力較強，未發(fā)生水淹頂蓋事故，但嚴重影響了機組的安全穩(wěn)定運行，甚至造成了機組的強迫停運。更換金屬軟管必須將尾水檢修閘門落下，對尾水管進行排水，并且更換頂蓋平壓金屬軟管的拆除及安裝極為不方便，影響搶修時間。

圖1 頂蓋平壓金屬軟管結(jié)構(gòu)圖

3 原因分析

官地水輪機頂蓋平壓金屬軟管結(jié)構(gòu)為采用尺寸為DN300的不銹鋼波紋管外編鋼帶網(wǎng)套，兩端均為固定式法蘭，一端與頂蓋連接，另一端與機坑里襯連接。其主要漏水原因分析如下：

(1) 由于機坑里襯與頂蓋加工尺寸受設(shè)備安裝相關(guān)因素的影響下，導(dǎo)致機坑里襯與頂蓋不完全同心，導(dǎo)致機坑里襯與頂蓋間距離也不盡相同。部分機坑里襯與頂蓋間最小距離與最大距離超過了金屬軟管允許的設(shè)計伸縮值，金屬軟管長期受到軸向的拉力及壓力，影響金屬軟管的使用壽命。

(2) 水輪機機組安裝過程中，先安裝機坑里襯上的金屬軟管連接法蘭，后吊入頂蓋。由于安裝及制造誤差的影響，導(dǎo)致部分機坑里襯上的法蘭與頂蓋上的法蘭存在扭斜現(xiàn)象，而金屬軟管兩端連接法蘭均為固定式結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致金屬軟管本體也存在扭曲現(xiàn)象，影響了金屬軟管的使用壽命。

(3) 由于頂蓋與機坑里襯間布置有電纜橋架及水輪機測壓管，在安裝金屬軟管時必須將金屬軟管進行足夠的壓縮，使其尺寸縮短，金屬軟管方能入位，在對金屬軟管進行預(yù)壓縮過程中，也可能損壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響金屬軟管的使用壽命。

綜上所述，在上述各方面因素作用下，以及在機組振動的長期影響下，導(dǎo)致水輪機頂蓋平壓金屬軟管破裂漏水。

4 頂蓋平壓金屬軟管改造

為了解決水輪機頂蓋平壓金屬軟管漏水問題，保證機組的安全穩(wěn)定運行，對原頂蓋與機坑里襯間管路進行重新設(shè)計，確定了如下改造方案：

選擇不銹鋼補償接頭作為改造該管路的主要連接部件。取消原金屬軟管作為連接管路，采用不銹鋼管現(xiàn)場配裝，兩鋼管中間間隙控制在5 mm以內(nèi)，然后該間隙處安裝一個不銹鋼補償接頭作為軟連接，改造后的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 頂蓋平壓金屬軟管漏水情況

該不銹鋼補償接頭是將不銹鋼和橡膠制造成元件組合裝置來達到密封承壓功能，可用于各種材質(zhì)的管道連接，無軸向約束力，可對軸向位移和角度偏斜進行補償；允許錯角，可連接軸心不對中，直徑不同管道，內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)可隨管內(nèi)壓力增加使密封效果得到增加。主要安裝步驟如下：

(1) 選擇與原法蘭尺寸相同的不銹鋼法蘭分別安裝在頂蓋與機坑里襯法蘭上，將DN300的不銹鋼管分別與兩法蘭進行現(xiàn)場配裝，兩鋼管中間的間隙小于5 mm。

(2) 將不銹鋼補償接頭安裝于管道上，并且使鋼管間的間隙處于不銹鋼補償接頭的中間位置處，按照規(guī)定力矩將補償接頭的拉緊螺栓進行擰緊。

(3) 將不銹鋼管與兩端法蘭進行點焊固定，取出不銹鋼補償接頭及兩端法蘭和鋼管，將不銹鋼管與法蘭進行內(nèi)外雙面滿焊。

(4) 將焊接后的一端法蘭和鋼管安裝于機坑里襯上，并將不銹鋼補償接頭套在安裝好的鋼管上，然后再將另一端的法蘭和鋼管安裝于頂蓋上，安裝過程中控制兩鋼管的同心度不大于2 mm，最后將補償接頭放置于兩鋼管的間隙處，按規(guī)定力矩把緊螺栓。

5 結(jié)語

結(jié)合各機組的檢修工作， 官地水電站所有機組的水輪機頂蓋平壓排水金屬軟管均進行了改造。由于該結(jié)構(gòu)便于安裝和檢修維護，發(fā)生漏水時，無須進行尾水管排水，即可進行補償接頭的更換工作，極大的縮減了檢修工期。經(jīng)過3年多的運行檢驗，改造后的頂蓋平壓排水管未出現(xiàn)過漏水或滲水現(xiàn)象，達到了改造的預(yù)期效果。

圖3 改造后的頂蓋平壓排水管結(jié)構(gòu)圖及現(xiàn)場安裝圖