彭水電站2號機組控制環(huán)抗磨板偏磨原因分析及處理

俞榮厚

（重慶大唐國際彭水水電開發(fā)有限公司，重慶 409600）

0 引言

彭水電站2號機組為天津阿爾斯通生產(chǎn)，為立式混流式水輪發(fā)電機組，設(shè)計單機容量為350 MWA，水輪機型號為HLF169A0-LJ-768，轉(zhuǎn)輪直徑7 680 mm，最大工作水頭81.60 m，最小工作水頭52 m，額定水頭為67 m，彭水電站水輪機機組導(dǎo)水機構(gòu)由頂蓋、底環(huán)、24只活動導(dǎo)葉、控制環(huán)和傳動機構(gòu)等組成。調(diào)速系統(tǒng)通過控制環(huán)與導(dǎo)葉聯(lián)接，機組的負(fù)荷調(diào)整通過接力器操縱控制環(huán)來調(diào)節(jié)導(dǎo)葉開度實現(xiàn)，控制環(huán)分兩瓣組合，底部有軸向、徑向?qū)к壙鼓グ澹鼓グ逵凶詽櫥阅堋?/p>

1 控制環(huán)的工作原理及偏磨現(xiàn)象

控制環(huán)又稱調(diào)速環(huán),它的作用是將接力器的作用力傳遞給導(dǎo)葉的傳動機構(gòu)?？刂骗h(huán)支撐在頂蓋上,為減少摩擦使轉(zhuǎn)動靈活,在控制環(huán)的底面和側(cè)面裝有抗磨板,抗磨板的材料FZ-5。彭水電站水輪機采用雙耳平行式,耳環(huán)與接力器推拉桿相連,小耳環(huán)與導(dǎo)葉傳動機構(gòu)相連，在接力器的操作下繞水輪機中心線旋轉(zhuǎn),帶動導(dǎo)葉的傳動機構(gòu)運動。

2015年11月，2號機組C修期間，在對控制環(huán)抗磨板進(jìn)行檢查時，發(fā)現(xiàn)控制環(huán)下部沿圓周均積有黑色粉末，對控制環(huán)吊起，檢查為控制環(huán)底抗磨板和側(cè)抗磨板嚴(yán)重磨損產(chǎn)生的鐵屑。經(jīng)對現(xiàn)場狀況進(jìn)行分析為機組運行過程中控制環(huán)中心向下游偏移，接力器向開方向移動時控制環(huán)內(nèi)側(cè)抗磨環(huán)與頂蓋結(jié)合面產(chǎn)生摩擦，且在此部位有大量因摩擦產(chǎn)生的鐵屑及抗磨塊碎屑，據(jù)此分析，控制環(huán)側(cè)抗磨板過度磨損并有繼續(xù)磨損、中心位移有擴大趨勢。

圖1 控制環(huán)抗磨板母材被磨損

為查找原因，解決問題，結(jié)合檢修對控制環(huán)抗磨板進(jìn)行了檢查和數(shù)據(jù)測量。

（1）調(diào)速系統(tǒng)消壓前，對接力器的全行程、壓緊行程、高程進(jìn)行了測量，測得數(shù)據(jù)見表1。

表1 接力器測量數(shù)據(jù)

兩接力器全行程相差31 mm，壓緊行程相差3.77 mm，均超出了設(shè)計值和GB/T 8564-2003《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)要求，兩個接力器高程相差0.92 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）壓力鋼管排空后，操作接力器，觀察接力器動作過程中，控制環(huán)整體向下游偏移。接力器從全關(guān)至全開位置動作的瞬間，觀察控制環(huán)抗磨板與頂蓋間隙從約5 mm減少至0；接力器從全開向全關(guān)位置動作時，直到到達(dá)全關(guān)位置瞬間，觀察控制環(huán)抗磨板與頂蓋間隙恢復(fù)至5 mm。

（3）檢查控制環(huán)+Y方向（現(xiàn)場23號導(dǎo)葉至11號導(dǎo)葉之間）側(cè)面磨損嚴(yán)重，加工面已被磨損成花面，抗磨板已被全部磨掉，+Y方向控制環(huán)母材被磨掉約5 mm；控制環(huán)-Y方向（現(xiàn)場5號導(dǎo)葉至12號導(dǎo)葉之間）底面磨損嚴(yán)重，底面抗磨板被磨掉，控制環(huán)和頂蓋接觸面被磨成花面，母材未發(fā)現(xiàn)明顯尺寸偏小。

（4）控制環(huán)吊起后，對頂蓋水平進(jìn)行了檢查，測量位置為控制環(huán)壓板處，測得數(shù)據(jù)見表2。

表2 頂蓋水平測量數(shù)據(jù) 單位：m

從數(shù)據(jù)能夠看出，頂蓋水平測量的最高點與最低點差值為0.73 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。

2 控制環(huán)偏磨的原因分析

經(jīng)對控制環(huán)調(diào)開后檢查的情況和測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)合控制環(huán)的動作原理和結(jié)構(gòu)，分析控制環(huán)產(chǎn)生偏磨的主要原因如下：

（1）接力器從全開至全關(guān)動作時，1號接力器無桿腔推力比2號接力器有桿腔拉力大（設(shè)計接力器推力2 783 kN，拉力2 395 kN），造成接力器動作時，1號接力器推力使控制環(huán)向下游偏移，長期運行導(dǎo)致控制環(huán)抗磨板磨損。

（2）處理過程中測得兩接力器行程不一致，1號接力器行程大，超出標(biāo)準(zhǔn)要求。運行過程中，當(dāng)導(dǎo)葉全開時，2號接力器活塞已到達(dá)底部，而1號接力器活塞此時還未到達(dá)端部，繼續(xù)向前運行，導(dǎo)致控制環(huán)向下游偏移。

3 控制環(huán)偏磨的處理

為解決控制環(huán)偏磨的問題，結(jié)合測量檢查的各種數(shù)據(jù)和分析的原因，結(jié)合2號機組A級檢修，進(jìn)行了如下處理和改進(jìn)：

（1）修復(fù)控制環(huán)和頂蓋，將控制環(huán)和頂蓋母材磨損部位按照工藝進(jìn)行補焊，考慮到控制環(huán)和頂蓋尺寸大，重量重，不便于運輸，經(jīng)過市場調(diào)研，采用了將車床運輸至電站安裝間進(jìn)行加工，對加工尺寸和精度進(jìn)行嚴(yán)格控制，使其達(dá)到設(shè)計值。

（2）對控制環(huán)抗磨板更換，重新鉆鉸抗磨板螺栓，并在抗磨板加注潤滑脂，回裝控制環(huán)，按照規(guī)范要求調(diào)整好接力器水平，并與控制環(huán)進(jìn)行了連接。

（3）在拐臂與控制環(huán)連接板連接前，將調(diào)速器系統(tǒng)建壓至1 MPa，動作接力器，觀察控制環(huán)與頂蓋之間的間隙均勻，沒有出現(xiàn)修前檢查中的控制環(huán)整體向下游偏移現(xiàn)象，觀察各部位運行無異常。

（4）將調(diào)速器系統(tǒng)建壓至6.3 MPa，動作接力器，觀察控制環(huán)抗磨板與頂蓋間隙均勻，在控制環(huán)壓板處安裝百分表，測量控制環(huán)跳動量為0.25 mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

調(diào)整后接力器活塞桿水平、全行程、壓緊行程數(shù)據(jù)見表3。

表3 調(diào)整后接力器測量數(shù)據(jù)

4 結(jié)束語

經(jīng)調(diào)研，國內(nèi)大型水輪發(fā)電機控制環(huán)偏磨情況時有發(fā)生，由于控制環(huán)尺寸大，重量重，在檢修中不便于處理，控制環(huán)偏磨嚴(yán)重時影響機組的安全穩(wěn)定運行，不容忽視。彭水電站2號機組經(jīng)過此次處理和改進(jìn)后，經(jīng)過了高溫大負(fù)荷考驗，沒有再出現(xiàn)控制環(huán)偏磨現(xiàn)象，實踐證明，此次的處理方法和改進(jìn)措施是有效的。