桃源水電站水輪機(jī)A級(jí)檢修實(shí)踐

楊 斌，李 偉，席洪軍

(1.中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)桃源開(kāi)發(fā)有限公司，湖南 桃源 415700；2.中國(guó)電建集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410014)

1 工程概況

1.1 電站綜述

桃源水電站位于湖南省常德市桃源縣城附近的沅水干流上，是沅水干流最末一個(gè)水電開(kāi)發(fā)梯級(jí)。電站壩址控制流域面積8.67萬(wàn) km2，多年平均流量2 060 m3/s。水庫(kù)正常蓄水位39.50 m，正常蓄水位庫(kù)容1.28億m3，利用河段落差約7.50 m，裝機(jī)總?cè)萘繛?80 MW，電站多年平均年發(fā)電量7.93億kW·h，裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)4 404 h。

電站裝設(shè)9臺(tái)單機(jī)容量20 MW的燈泡貫流水輪發(fā)電機(jī)組。運(yùn)行凈水頭范圍2.0～9.7 m，轉(zhuǎn)輪直徑7.20 m，額定流量411 m3/s，額定轉(zhuǎn)速79.85 r/min。

水輪機(jī)主要由轉(zhuǎn)動(dòng)部份、主軸密封、水導(dǎo)軸承、受油器、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、埋入部份、回復(fù)機(jī)構(gòu)、自動(dòng)化元件、管路部份、專用工具部分等部件組成。單臺(tái)水輪機(jī)質(zhì)量為774 t。

1.2 主要工作內(nèi)容

桃源水電站水輪機(jī)A級(jí)檢修前對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電機(jī)部分全面檢查、試驗(yàn)。經(jīng)試驗(yàn)發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子絕緣均合格，滿足技術(shù)要求。對(duì)定子線棒、緊固螺栓、槽楔、阻尼環(huán)等進(jìn)行外觀檢查無(wú)異常。對(duì)發(fā)電機(jī)大軸軸徑及轉(zhuǎn)子聯(lián)軸螺栓進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)均正常、無(wú)缺陷，定子與燈泡頭、管型座連接面無(wú)間隙，無(wú)滲水。經(jīng)過(guò)全面檢查和測(cè)試，本次A修對(duì)發(fā)電機(jī)部分包括定子、轉(zhuǎn)子不作解體處理。發(fā)電機(jī)部分主要對(duì)引出線和中性點(diǎn)設(shè)備、勵(lì)磁設(shè)備、集電環(huán)、油水氣和配電等輔助系統(tǒng)等部分進(jìn)行檢修。

水輪機(jī)機(jī)械部分是本次檢修重點(diǎn)工作，檢修范圍包括轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、組合軸承和導(dǎo)軸承、主軸密封、調(diào)速和軸承油系統(tǒng)。主要檢修工作是對(duì)各部件進(jìn)行解體、清理、檢查，更換密封件和易損件，對(duì)損壞的零件進(jìn)行修復(fù)或更換，最后回裝、調(diào)試、試運(yùn)行。

1.3 依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程

檢修工作依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)主要有：DLT838—2003《發(fā)電企業(yè)設(shè)備檢修導(dǎo)則》、GB/T15468—2006《水輪機(jī)基本技術(shù)條件》、GB8564—2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》、JB/T7071—2005《燈泡式水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》、GB/T10969—2008《水輪機(jī)通流部件技術(shù)條件》、DL/T 827—2002《燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程》。

2 重點(diǎn)部件的檢修

2.1 轉(zhuǎn)輪

轉(zhuǎn)輪吊出流道后在安裝間拆解檢修，經(jīng)檢查總體狀況良好，零件外觀無(wú)損傷，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活。槳葉表面光亮，無(wú)磨損或空蝕破壞，機(jī)組抗空蝕和磨蝕安全性能良好。但在輪轂進(jìn)一歩拆解時(shí)發(fā)現(xiàn)存在幾處缺陷：①槳葉接力器活塞缸內(nèi)壁和活塞外壁整圈有軸向劃痕，最深處約1.5 mm，如圖1所示。初步判斷是操作油中夾渣，造成缸壁拉傷；②槳葉樞軸內(nèi)外銅襯套共6個(gè)磨損內(nèi)徑增大，內(nèi)套內(nèi)徑超差；③活塞缸和缸蓋2處銅套磨損內(nèi)徑增大超差；④轉(zhuǎn)輪與大軸法蘭連接面密封變硬、無(wú)彈性已完全老化，轉(zhuǎn)輪本體內(nèi)密封相對(duì)較好，有彈性、有壓縮量(除活塞缸蓋處的密封已老化變硬，無(wú)彈性)。

對(duì)接力器缸壁滑痕的處理，初擬采用電弧堆焊后局部打磨修復(fù)。經(jīng)與生產(chǎn)廠及其他方會(huì)商，此方式無(wú)法保證內(nèi)壁圓度和表面光潔度，另外焊接熱可能引起缸體材質(zhì)變化。最終確定缸體內(nèi)徑車削加大，加工量以清除劃痕為準(zhǔn)，相應(yīng)活塞外表面滿焊加大后重新車外圓，1道密封環(huán)和2道導(dǎo)向環(huán)槽重新加工，并按增大的尺寸更換密封圈和導(dǎo)向環(huán)，如圖2所示。

圖1 槳葉操作油缸活塞劃痕

圖2 活塞外圓修復(fù)

考慮后續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行要求，所有有磨損的襯套不管是否超差，一律更換。對(duì)樞軸內(nèi)外銅襯套，為保證同心度要求，必須在就位后同鏜。

輪轂內(nèi)所有軟密封拆解檢查狀況良好，無(wú)永久變形，表面光潔，彈性良好。為保證長(zhǎng)期運(yùn)行仍然全部更換。其他如螺栓鎖定片等在拆裝時(shí)也更換。

轉(zhuǎn)輪槳葉固定螺栓設(shè)計(jì)采用電加熱法拆裝。葉片螺栓在拆卸時(shí)由于螺桿周圍存有少量油、水，加熱棒加熱時(shí)間較長(zhǎng)致使螺桿出現(xiàn)發(fā)藍(lán)現(xiàn)象。與制造廠確認(rèn)并UT檢查，確認(rèn)不影響性能?；匮b時(shí)對(duì)發(fā)藍(lán)較嚴(yán)重的6個(gè)螺桿更換為新螺桿。

轉(zhuǎn)輪連桿銷鎖緊螺釘因其他轉(zhuǎn)輪(5號(hào)轉(zhuǎn)輪)出現(xiàn)過(guò)脫落情況，在安裝時(shí)對(duì)此鎖緊螺栓涂螺紋鎖固膠并在端部打樣沖眼進(jìn)行止動(dòng)。

2.2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)內(nèi)、外導(dǎo)環(huán)主體部件經(jīng)檢查外觀良好、運(yùn)轉(zhuǎn)正常，同時(shí)考慮到外導(dǎo)環(huán)直徑大、主體單薄，吊裝過(guò)程中存在較大的變形。因此采用整體不吊出機(jī)坑，不拆解主體結(jié)構(gòu)的方式。經(jīng)檢查，主體結(jié)構(gòu)包括內(nèi)外配水環(huán)、活動(dòng)導(dǎo)葉、控制環(huán)、導(dǎo)葉拐臂和連桿等狀況良好。外配水環(huán)流道內(nèi)表面有少量表面銹跡，本體無(wú)銹蝕凹坑。導(dǎo)葉大頭端面間隙不均勻，小頭端面和立面間隙良好。拆解發(fā)現(xiàn)幾個(gè)缺陷：①導(dǎo)葉外軸套球面軸承部分磨損嚴(yán)重；②操作環(huán)滾珠軸承銹蝕嚴(yán)重；③導(dǎo)葉部分端面間隙不均勻超差。本次檢修主要拆解外軸套和拐臂，拆解控制環(huán)滾珠軸承，調(diào)整導(dǎo)葉間隙。

導(dǎo)葉外軸套球面自潤(rùn)滑軸承部分有磨損破壞，拆解困難，部分軸承球面自潤(rùn)滑內(nèi)崁石墨塊脫落。回裝時(shí)更換了9個(gè)(共16個(gè))。所有橡膠密封件進(jìn)行了更換。拐臂彈簧連桿存在松脫銹蝕情況，全部拆解修復(fù)，回裝時(shí)對(duì)預(yù)緊行程作了檢測(cè)整定，如圖4所示。

控制環(huán)拆解檢查發(fā)現(xiàn)，上半部鋼球光潔、無(wú)銹蝕，潤(rùn)滑脂粘度及潤(rùn)滑性較好，下半部鋼珠銹蝕，表面缺損嚴(yán)重，潤(rùn)滑脂干硬變黑， V形滾道表面也有輕微銹蝕現(xiàn)象(如圖3所示)。判斷是機(jī)組投運(yùn)初期導(dǎo)葉外軸套及混泥土面漏水進(jìn)入滾道引起?；匮b時(shí)對(duì)V形滾道表面及壓板全面進(jìn)行清洗、更換全部鋼球，重新注潤(rùn)滑脂，動(dòng)作試驗(yàn)驗(yàn)證轉(zhuǎn)動(dòng)靈活平穩(wěn)。

圖3 控制環(huán)滾道銹蝕

圖4 彈簧連桿檢修

2.3 組合軸承

組合軸承解體檢查正推力瓦外觀正常，無(wú)磨損、無(wú)劃痕、無(wú)脫落現(xiàn)象，各緊固螺栓緊固無(wú)松動(dòng)。反推力瓦外觀正常，無(wú)磨損、有兩圈劃痕、瓦面無(wú)脫落現(xiàn)象，各緊固螺栓緊固無(wú)松動(dòng)。鏡板光潔、無(wú)劃痕、無(wú)損傷。組合軸承各合封面密封拆出后已完全老化、變硬，無(wú)彈性、無(wú)壓縮量，如圖5所示。

反推力瓦兩條劃痕現(xiàn)場(chǎng)使用刮刀將高點(diǎn)進(jìn)行修刮，并用刀口平尺檢查劃痕處無(wú)高點(diǎn)、無(wú)毛刺，對(duì)劃痕溝槽內(nèi)的鋼砂及雜物進(jìn)行清除，用無(wú)水乙醇清洗干凈。推斷劃痕原因是操作油路夾渣進(jìn)入軸承油盆。軸承油盆內(nèi)腔在回裝前進(jìn)行了徹底清洗，如圖6所示。

圖5 油盆和正推瓦

圖6 反推瓦修復(fù)

2.4 主軸密封

主軸密封整體從水輪機(jī)坑拆解，吊裝到安裝場(chǎng)清洗檢查?？諝鈬鷰?、密封圈等密封材料相對(duì)較好，有壓縮回彈，未變硬，但為保證后續(xù)長(zhǎng)期可靠運(yùn)行，全部予以更換。

抗磨環(huán)磨損較嚴(yán)重，磨損深度局部達(dá)到5 mm。推斷是河水內(nèi)硬物進(jìn)入后磨損。檢修更換了新的備品。

檢修對(duì)所有部件進(jìn)行衛(wèi)生清洗、除銹，設(shè)備表面涂刷油漆，回裝時(shí)對(duì)所有密封進(jìn)行了更換。主軸密封4道密封圈為聚四氟乙烯浸漬碳纖維填料，現(xiàn)場(chǎng)裁切，各接頭采用90°錯(cuò)位安裝。水封蓋螺栓初期輕微壓緊并測(cè)量了漏水量，待運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后若出現(xiàn)漏水偏大時(shí)再作壓緊調(diào)整即可。

2.5 調(diào)速系統(tǒng)

鑒于前期運(yùn)行中缺陷集中在操作油路滲漏等現(xiàn)象，本次檢修對(duì)調(diào)速系統(tǒng)油路全程各設(shè)備全部作解體、清洗、檢測(cè)、修復(fù)。范圍包括調(diào)速器主配壓閥、事故配壓閥、分段關(guān)閉裝置、壓油裝置、受油器、操作油管、導(dǎo)葉接力器、外部油管路等。

調(diào)速器主配壓閥、事故配壓閥等經(jīng)拆解檢查，確認(rèn)閥體和滑閥芯、襯套全部光潔無(wú)磨損、無(wú)損傷；各閥體內(nèi)密封外觀檢查較好，未見(jiàn)老化現(xiàn)象?；匮b時(shí)全部橡膠密封件予以更換，如圖7～8所示。

圖7 主閥和引導(dǎo)閥折解清洗

圖8 主閥閥體拆解

受油器在燈泡頭內(nèi)就地解體檢查，各浮動(dòng)瓦檢查瓦面無(wú)劃痕、脫落現(xiàn)象，浮動(dòng)瓦磨損輕微，本次未更換。內(nèi)外操作油管經(jīng)PT探傷確認(rèn)無(wú)損傷，清洗后復(fù)用。輪轂供油管支架處堆焊的鋁青銅(厚度單邊2.5 mm)磨損較嚴(yán)重，個(gè)別支架已全部磨完，在回裝時(shí)將全部輪轂供油管更換。輪轂供油管4個(gè)連接接頭處均采用2個(gè)止動(dòng)塊焊接止動(dòng)(原設(shè)計(jì)為1個(gè)止動(dòng)塊)，以確保運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。受油器本體及操作油管密封已開(kāi)始老化，但仍有壓縮量?；匮b時(shí)對(duì)所有密封進(jìn)行更換，在操作油管連接面均勻涂抹一薄層平面密封膠(樂(lè)泰598)，對(duì)重點(diǎn)部位進(jìn)行密封條和密封膠的雙重防護(hù)。

導(dǎo)葉接力器吊出機(jī)坑，在安裝間進(jìn)行拆解清洗和檢查。接力器活塞、活塞缸運(yùn)行良好、無(wú)劃痕、無(wú)磨損，各密封均較好、無(wú)老化現(xiàn)象。回裝時(shí)對(duì)所有部件進(jìn)行清洗、所有密封進(jìn)行更換，進(jìn)行7.8 MPa耐壓試驗(yàn)密封無(wú)滲油、部件無(wú)變形。

所有管路、壓力油罐、回油箱等都在本次檢修中進(jìn)行了排空清洗；操作油回收后進(jìn)行了過(guò)濾，以保證油路干凈，油質(zhì)合格。管路連接法蘭原設(shè)計(jì)采用金屬環(huán)墊硬密封，經(jīng)檢查全部無(wú)損傷，回裝時(shí)直接復(fù)用。

2.6 轉(zhuǎn)輪室端部裂紋處理

在對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)輪室焊縫進(jìn)行探傷檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)上、下分瓣面下游端部(非重錘側(cè))有裂紋，裂紋長(zhǎng)度為14.5 cm，最深處為35 mm。轉(zhuǎn)輪室上瓣與下瓣裂縫出現(xiàn)在同一部位，如圖9～10所示。

圖9 轉(zhuǎn)輪室上瓣

圖10 上瓣左側(cè)裂紋

桃源電站其他8臺(tái)機(jī)組目前暫未進(jìn)行探查。經(jīng)調(diào)查，在其它電站同類型機(jī)組也出現(xiàn)相似裂紋?，F(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)分瓣法蘭板與伸縮段的角接焊縫未開(kāi)坡口、未焊透，僅在角接表面堆焊15 mm高焊料。導(dǎo)致2個(gè)部件的聯(lián)接承拉力集中在角焊料上。由此導(dǎo)致局部應(yīng)力過(guò)大破壞。初步判斷，此裂紋處因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)特性和焊接缺陷導(dǎo)致應(yīng)力集中。在尾水壓力脈動(dòng)和水力不平衡荷載下，受交變應(yīng)力，發(fā)生低應(yīng)力高周期疲勞破壞。

經(jīng)與制造廠、設(shè)計(jì)方等各方會(huì)審，確定了現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)方案。目前修復(fù)以不改動(dòng)原設(shè)計(jì)，消除加工缺陷和現(xiàn)場(chǎng)裂紋的原則進(jìn)行。

分瓣合縫面手工打磨：對(duì)合縫面和密封槽進(jìn)行粗磨，并用刀口尺檢查。堆焊不足處進(jìn)行補(bǔ)焊，采用氬弧焊(GTAW)+(ER50-G)焊絲，全部粗磨后對(duì)堆焊表面進(jìn)行PT檢查，要求無(wú)缺陷。對(duì)粗磨過(guò)的合縫面進(jìn)行精磨，并用刀口尺以原合縫面為基準(zhǔn)進(jìn)行檢查，不允許凸出，允許局部凹進(jìn)不超過(guò)0.1mm；合縫面密封槽現(xiàn)場(chǎng)修磨成型。全部焊接完成后用PT及UT探傷方法檢查焊縫質(zhì)量，要求無(wú)缺陷。如有缺陷，處理后補(bǔ)焊至無(wú)缺陷為止。

2.7 其他

試運(yùn)行前對(duì)機(jī)組、流道等進(jìn)行了全面清查。流道內(nèi)表面鋼內(nèi)襯基本完好無(wú)損傷，未作處理；尾水流道混凝土表面稍有磨損，大部露出骨料。但表面基本平整無(wú)坑洼，本次也未處理。流道排水閥本體完好，閥后橡膠減震接頭全部更換。其它屬于正常折舊的設(shè)備和結(jié)構(gòu)本次作了記錄，計(jì)劃在每年度的檢修中檢查，出現(xiàn)損壞后隨時(shí)修復(fù)。

3 檢修后評(píng)價(jià)

在4月14日完成24 h試運(yùn)行后，4號(hào)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行。機(jī)組振擺、軸承溫升等正常，前期的泄漏等問(wèn)題已消除。機(jī)組狀態(tài)良好，滿足安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。

從拆解檢查可以確認(rèn)，機(jī)組綜合性能質(zhì)量良好；結(jié)構(gòu)剛強(qiáng)度、抗空蝕磨損性能優(yōu)秀；部件加工裝配質(zhì)量?jī)?yōu)良，長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行不存在隱患，超出力和超高水頭運(yùn)行潛力較大。

機(jī)械部分的缺陷集中中調(diào)速和潤(rùn)滑油系統(tǒng)上，包括油缸刮擦、密封件泄漏。經(jīng)分析，刮擦缺陷原因不在工廠加工，而是現(xiàn)場(chǎng)配管、焊接、切割作業(yè)產(chǎn)生焊渣、碎屑，首次裝配時(shí)未徹底清除造成。其它機(jī)組在第一次A修中基本會(huì)發(fā)現(xiàn)類似缺陷。在經(jīng)過(guò)第一次A修徹底清洗，無(wú)后續(xù)動(dòng)火作業(yè)的前提下，日后再發(fā)生類似缺陷的可能將減少。

密封件泄漏集中在各種橡膠密封墊、密封圈或盤(pán)根處，其原因經(jīng)檢查分析，有以下幾點(diǎn)：

(1)橡膠密封件材質(zhì)不良，初期或投運(yùn)后很快出現(xiàn)老化、皸裂或粘粘，無(wú)回彈能力。

(2)安裝時(shí)未就位，或暴力擠壓，密封件出現(xiàn)斷裂、變形。

(3)安裝時(shí)接觸有機(jī)溶劑，造成橡膠變性。

各類管路聯(lián)接經(jīng)檢查，中高壓法蘭采用的金屬硬密封環(huán)墊經(jīng)久耐用，質(zhì)量可靠，以后可以大量推廣；低壓法蘭橡膠密封墊質(zhì)量不夠可靠，本次檢修更換為石棉復(fù)合墊，性能待后期驗(yàn)證。

4 對(duì)后續(xù)機(jī)組A修的建議

4.1 轉(zhuǎn)輪室修復(fù)跟蹤

由于本次修復(fù)以消除裂紋為主，未對(duì)整體設(shè)計(jì)方案進(jìn)行復(fù)核。對(duì)是否存在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)薄弱沒(méi)有研究。初期投運(yùn)正常不能判定后續(xù)是否會(huì)出現(xiàn)疲勞破壞。計(jì)劃在后期對(duì)此處加密監(jiān)測(cè)，如在一個(gè)大修間隔內(nèi)不再出現(xiàn)裂紋，則可最終判定結(jié)構(gòu)整體是安全的。

如果后期裂紋再次出現(xiàn)，則需要對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行復(fù)核。建議對(duì)轉(zhuǎn)輪室荷載和結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)值分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，查明運(yùn)行時(shí)應(yīng)力集中和位置和量值，找到破壞原因。據(jù)此研究結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案再實(shí)施。

其他機(jī)組A修應(yīng)將此作為必檢項(xiàng)目，并在網(wǎng)絡(luò)進(jìn)度中安排修復(fù)工期。

4.2 轉(zhuǎn)輪檢修

參照本臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)輪各部件運(yùn)行情況，轉(zhuǎn)輪各銅套在經(jīng)過(guò)幾年的磨損后配合尺寸會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)必須進(jìn)行更換及轉(zhuǎn)輪體內(nèi)活塞、各轉(zhuǎn)動(dòng)部件損傷的不確定性，同時(shí)考慮到轉(zhuǎn)輪裝配的專業(yè)性及可靠性。建議在往后的檢修中現(xiàn)場(chǎng)僅對(duì)轉(zhuǎn)輪葉片進(jìn)行拆、裝，轉(zhuǎn)輪本體內(nèi)部各銅套的更換及其他部件損傷的修復(fù)均由原設(shè)備廠進(jìn)行處理，在制造廠內(nèi)整裝后發(fā)至電站直接回裝。