瀑布溝水電站機組導葉安裝立面間隙調整方法優(yōu)化

杜 杰，劉定偉，彭云劍

(國電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900)

瀑布溝水電站采用單機容量600 MW的混流式水輪發(fā)電機組,共6臺,其中2、4、6號水輪機由東電生產,活動導葉24塊，額定水頭156.7 m，最大水頭181.7 m，最小水頭114.3 m。6號機于2009年12月23日投入運行，截止大修前已運行10年之久。2019年5月16日，瀑布溝6F機組C級檢修期間，首次發(fā)現(xiàn)活動導葉軸身出現(xiàn)裂紋，總計104條，其中導葉軸身上軸徑裂紋1條、導葉軸身下軸徑裂紋3條、導葉瓣體裂紋100條。

經過分析東電機組活動導葉材質為ZG06Gr16Ni5Mo，該材料提高了Cr、Ni的含量，Cr、Ni含量的提升同時也產生了δ鐵素體，材料中表面的逆變和殘余奧氏體，在外力的作用下(包括水流沖刷)，形成應變馬氏體，這種馬氏體的硬度高于原始母材的回火馬氏體，更高的硬度差加速了缺陷的產生。

為徹底根治缺陷，避免電力安全生產事故，2020年瀑布溝6號機A級檢修，完成了導葉改造更換。

1 情況介紹

導葉立面間隙調整是水輪發(fā)電機組檢修安裝過程中至關重要的一項節(jié)點工作。局部過大的導葉立面間隙將導致停機時導葉間隙射流，引發(fā)停機嘯叫；整體偏大的導葉立面間隙將導致導葉漏水量過大，易引起導葉間隙空蝕，損壞導葉，嚴重時會造成機組自轉。導葉立面間隙調整的質量要求是在導葉間隙關閉嚴密情況下，用0.05 mm塞尺檢查不能通過，允許最大局部間隙0.15 mm，其總長不超過瓣體的25%。瀑布溝水電站東電機組活動導葉為東電生產，共24個，導葉總高4 205 mm,導葉瓣體高度1 525 mm(見圖1)，連桿為雙連桿偏心銷調整型式；機組安裝時導葉立面間隙調整采用的是傳統(tǒng)捆綁導葉調整工藝方法。

圖1 導葉尺寸圖

2 傳統(tǒng)捆綁法的分析

瀑布溝水電站東電機組導葉立面間隙為導葉大小頭搭接面剛性密封。導水機構檢修后，上中下軸套、導葉、拐臂、頂蓋等導水機構部件裝復調整完，導葉端面間隙合格，打入主副拐臂摩擦錐銷，導葉處于自由狀態(tài)。在瀑布溝6號機A級檢修導葉立面間隙調整過程中，考慮到導葉瓣體高度較高，單根鋼絲繩捆綁，已出現(xiàn)拉緊力度不夠、導葉單端受力不均張口等現(xiàn)象。因此，采用兩根鋼絲繩在導葉上部、下部捆綁一圈半，兩頭用10 T手拉葫蘆焊接吊耳在蝸殼上，收緊葫蘆使鋼絲繩受力，用銅棒錘擊不合縫的拖導葉，使之全部關閉。

在施工過程中，發(fā)現(xiàn)采取調整方式仍存在以下不足：一是導葉表面容易損傷；二是導葉之間存在過大的鋼絲繩約束力，松開鋼絲繩后，約束力會重新分布，導致立面間隙發(fā)生變化；三是導葉整體圓度不能保證，導致個別導葉受力較大，極易造成剪短銷剪斷。采用鋼絲繩捆綁的調整方式，搭接面往往不能保證接觸面為面密封，出現(xiàn)點接觸或線接觸。與此，根據(jù)導葉各開度位置分布示意圖(見圖2)，佐證了當導葉開度值分布不均時將明顯影響導葉分布圓度，造成偏心銷受力偏差大。

圖2 導葉開度分布示意圖

雖然此狀態(tài)導葉立面間隙值測量為零，但各導葉相對開度一致性較差，偏心銷調節(jié)余量差別極大，導葉拐臂偏心銷連接孔圓心分布圓不理想，嚴重時導致在任意開度下導葉的轉動角度不同，從而影響到水流均勻形態(tài)，引起水力不平衡。

3 調整工藝的改進

瀑布溝水電站東電機組導葉連桿采用雙連桿偏心銷傳動結構型式(見圖3)。其優(yōu)點是調節(jié)精度高，相對叉頭傳動結構調整量，偏心銷能更加精確地彌補導葉臂和導葉間的角度誤差、導葉臂長度誤差和連桿長度誤差，以確保導葉處于全關位置時，通過調整偏心銷偏心方位，使得連桿和控制環(huán)/導葉臂合適連接；缺點是受力情況相較叉頭更易損，調節(jié)余量較小。

圖3 導葉連桿裝配圖

瀑布溝水電站東電機組導葉為順時針分布，偏心銷調節(jié)量5 mm，在瀑布溝水電站6號機投運后的首次A級檢修中，根據(jù)導水機構布置(見圖4)和傳統(tǒng)捆綁法缺點決定采用新的導葉立面間隙調整方法，其工藝流程如下：

圖4 導水機構及接力器安裝示意圖

1)預留壓緊行程。在接力器、控制環(huán)及導葉拐臂安裝到位后，先連接接力器推拉桿與控制環(huán)，并用手拉葫蘆拉動接力器活塞桿全開全關，每次拉到頂缸位置，并記錄確認接力器行程。接力器活塞停留在全關頂缸位置后，用千斤頂將接力器向全開方向頂回12 mm，比導葉設計壓緊行程9 mm多留3 mm余量，確保最終給定壓緊行程后運行時不撞缸[1]。

2)捆綁導葉。采用兩根鋼絲繩在導葉上部、下部捆綁一圈半，兩頭用1零T手拉葫蘆焊接吊耳在蝸殼上，收緊葫蘆使鋼絲繩受力，用銅棒錘擊不合縫的拖導葉，使之趨于全部關閉[2]。

4)順時針分配間隙。在實際操作中，因相鄰導葉搭接面接觸面積不一致，搭接面加工補充量不一致，順時針頂推導葉操作不夠精確等綜合誤差因素影響，往往會出現(xiàn)頂推至在最后兩塊導葉時出現(xiàn)加工余量集中的超大間隙問題。此時，可測量該處具體間隙，再采用順時針均布法，將其間隙順時針依次按傳遞關系分配給其余導葉，從而在關閉時使各導葉的立面間隙等于零[3]。

5)偏心銷精調間隙。在上述各步驟實施后，導葉立面間隙已基本為零，進行一次精確測量，并將相鄰導葉中不合格間隙及其長度在所在位置標注明確。從1號導葉開始安裝調整偏心銷，每一次調整前需在與該導葉搭接的兩側相鄰導葉架設百分表，調整時導葉間隙為零但相鄰導葉動作量不小于0.01 mm，將所有偏心銷按順時針依次按傳遞關系依次安裝敲緊，完成偏心銷調整安裝工作[4]。

6)修磨局部高點。對偏心銷整體調整工作完成后，復測間隙不合格，出現(xiàn)上中下間依舊隙不均勻及局部間隙偏差超大的導葉做好記號。打開導葉用銼刀或砂輪機修磨，直至合格。

7)導葉動作試驗。用調速器油壓操作導葉全開全關3次，測量導葉有壓間隙、導葉無壓間隙、導葉壓緊行程，三者數(shù)據(jù)均應符合要求。至此導葉立面間隙調整結束[5]。

4 調整工藝注意事項

1)捆綁導葉前，必須先連接接力器活塞桿與控制環(huán)，并預留足夠壓緊行程調節(jié)余量，并保證全開全關不撞缸。

2)捆綁導葉時，必須采用雙鋼絲繩拉力點對稱布置，且保證導葉有均勻間隙，防止初始調整過程中拉緊鋼絲繩損壞導葉。

3)逆時針頂推導葉，出現(xiàn)最后兩塊相鄰導葉間隙超大現(xiàn)象，使用順時針反向均分間隙方法消除，務必做好間隙測量與均分計算。

4)當導葉間隙基本為零時，必須對所有間隙進行一次測量標記。

5)偏心銷進行精調時，技術人員必須蝸殼內和水車室內保持通信暢通，用百分表監(jiān)測好相鄰導葉動作情況，以確保偏心銷調節(jié)到位且不超標。

6)導葉立面間隙合格，以導葉有壓間隙、導葉無壓間隙、導葉壓緊行程三者數(shù)據(jù)合格為準。

5 新工藝的優(yōu)點

1)更多元，綜合了三種方法，可處理調整過程中的突發(fā)技術難題。

2)鋼絲繩拉動次數(shù)少更不易損壞導葉表面，對稱布置的上下兩圈鋼絲繩使約束力更均勻。

3)調整監(jiān)測更直觀，導葉間隙調零更直觀量化。

4)更省時省力，正常情況下只需4～5人12 h就可完成調整工作。

5)可確保相鄰導葉大小頭搭接面足夠的接觸面積，保證導葉漏水量不超標或不形成導葉間隙射流。

6)通過新方法調整后，雙連桿偏心銷只做微小角度調整，可使導葉搭接面基本上在與導葉分布圓同心的一個垂直圓柱面上，在任何開度下每個導葉間流道尺寸和導葉的角度都非常均勻，消除了機組運行時因導水機構調整誤差所引起的水力不平衡，為機組安全穩(wěn)定運行打下了良好基礎。在瀑布溝水電站6號機的A修中采用了這種新工藝，取得了良好的效果。

6 結 語

通過采取以上所述優(yōu)化后的新導葉立面間隙調整工藝，經過近半年的試運行，瀑布溝6號機運行平穩(wěn)，無異常聲響，導葉漏水量滿足設計要求，為瀑布溝水電站的安全、穩(wěn)定生產提供了堅實保障。