高油壓調(diào)槳式轉(zhuǎn)輪在水電站改造中應(yīng)用

祁 峰，唐 濤，嚴(yán)平文

（廣東省源天工程有限公司,廣東 廣州 511340）

背景

四會市白沙水電站為綏江干流開發(fā)規(guī)劃六個梯級的第五級，位于四會縣城上游5 km的白沙村。電站現(xiàn)有裝機2臺GZTF08-WP-550燈泡貫流機組，額定水頭5.5 m，額定流量178.13 m3/s，額定轉(zhuǎn)速78.9 r/min，安裝高程2.8 m，機組結(jié)構(gòu)型式為雙支點單懸臂結(jié)構(gòu)。經(jīng)多年長久運行，轉(zhuǎn)輪密封磨損失效，導(dǎo)致機組漏油嚴(yán)重，嚴(yán)重污染下游河流，而且調(diào)速器油泵啟動頻繁，消耗大量廠用電。為解決上述問題，須對轉(zhuǎn)輪進(jìn)行改造。

1 改造對比

電站從實用性能和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)對比后發(fā)現(xiàn)，更換常規(guī)轉(zhuǎn)輪依然存在傳統(tǒng)的受油器因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封困難造成或多或少的漏油、竄油、燒浮動瓦、操作油管斷裂等問題，且操作油管中心調(diào)整困難，安裝和維修難度大，盤車往往要耗費數(shù)天時間。轉(zhuǎn)輪體內(nèi)輪轂油運行時間長，存在槳葉密封磨損后漏油污染環(huán)境的隱患。從節(jié)能增效、綠色安全的角度，選用高油壓調(diào)槳式轉(zhuǎn)輪對電站的水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)輪進(jìn)行改造。

高油壓調(diào)槳式轉(zhuǎn)輪的操作油壓由原來的2.5 MPa提升到16 MPa，槳葉接力器從輪轂體內(nèi)外置于發(fā)電機軸端，簡化了水輪機轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)，可提高轉(zhuǎn)輪的過流能力和能量指標(biāo)。同時配套使用新型高壓高速旋轉(zhuǎn)密封接頭裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的受油器，從而使機組轉(zhuǎn)輪在運行中實現(xiàn)內(nèi)部無油狀態(tài)，徹底杜絕因轉(zhuǎn)輪漏油對河流造成環(huán)境污染，同時也解決了因轉(zhuǎn)輪漏油造成油壓裝置油泵頻繁啟動的問題。另高油壓調(diào)槳式轉(zhuǎn)輪的接力器和高壓高速旋轉(zhuǎn)接頭在廠內(nèi)一體化加工，只需現(xiàn)場首次安裝時盤車檢查接力器缸與主軸的同心度，同心度合格后鉆鉸定位銷釘；后續(xù)檢修維護(hù)時按銷釘定位即可，不需再次盤車。

2 高油壓調(diào)槳式轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)輪體內(nèi)部改造

由于是改造項目沒有采用新的轉(zhuǎn)輪體，因此采用以舊改新的原則，無需重新鑄造新轉(zhuǎn)輪，因此主要設(shè)備需要轉(zhuǎn)輪返廠加工，新加工部件在車間及工地現(xiàn)場進(jìn)行試配和試驗。

（1）利用原有GZTF08型轉(zhuǎn)輪進(jìn)行改造，保留原來轉(zhuǎn)輪的輪轂、葉片。取消原轉(zhuǎn)輪里的活塞、活塞桿及其連接件，更換為轉(zhuǎn)輪操作架、操作軸及相關(guān)的連接件（車間完成）。

（2）原轉(zhuǎn)輪里的軸套全部更換成自潤滑軸套（車間完成）。

（3）更換原有水輪機槳葉密封，改為進(jìn)水V型反向自潤滑密封（車間預(yù)裝）。

（4）拆除原有操作油管及其限位裝置，增加槳葉操作軸和導(dǎo)軸承以及支撐環(huán)，完善操作架結(jié)構(gòu)（車間加工，現(xiàn)場裝配）。

（5）增加槳葉操作軸的連接卡環(huán)套和鎖緊裝置（車間加工，現(xiàn)場裝配）。

（6）轉(zhuǎn)輪體組裝以及靜平衡試驗在車間完成，試驗合格后（Ф1 800 mm圓上的不平衡重量不大于1 kg），拆除槳葉發(fā)運至工地。

（7）試驗及檢查（電站現(xiàn)場）。

圖1 高壓式調(diào)漿轉(zhuǎn)輪體示意圖

圖2 白沙水電站高壓式調(diào)漿轉(zhuǎn)輪軸系結(jié)構(gòu)示意圖

3 改造后轉(zhuǎn)輪體的現(xiàn)場組裝及試驗

（1）可利用在支座與基礎(chǔ)板把合面間加墊的辦法來調(diào)整支座上法蘭面水平，其水平度應(yīng)不超過0.05 mm/m。合格后，在支座法蘭面上均勻放置厚度相同的紫銅墊。在支座中心位置布置一個千斤頂。轉(zhuǎn)輪體與活塞桿把合面的水平度，不超過0.10 mm。

（2）吊起葉片軸，對準(zhǔn)轉(zhuǎn)輪體上相應(yīng)軸孔，將葉片軸按對應(yīng)標(biāo)記緩慢套裝入轉(zhuǎn)輪體。套裝過程中，同時注意調(diào)整轉(zhuǎn)臂，將轉(zhuǎn)臂套裝在葉片軸上。當(dāng)葉片軸基本套裝入轉(zhuǎn)輪體后，調(diào)整轉(zhuǎn)臂與葉片軸的相對位置，對正轉(zhuǎn)臂與葉片軸銷孔，將清理干凈的Ф120 mm圓柱銷按對應(yīng)標(biāo)記裝入。拆除葉片軸套裝工具。來回提升、降落連桿幾次檢查葉片軸動作的靈活性，葉片軸應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，同時裝入V型密封，確保壓力適中，密封均勻。

（3）根據(jù)設(shè)計要求，制造車間采用合格的46號汽輪機油進(jìn)行接力器嚴(yán)密性耐壓試驗，依次按照50%、75%、100%、110%、125%額定工作壓力進(jìn)行觀察，每級試驗壓力保持10 min，未見有泄漏和異常聲響，最大試驗壓力為20 MPa，保持30 min；各密封面及合縫未見有滲漏和異常聲響。由于輪轂內(nèi)無操作油，為檢查槳葉密封安裝質(zhì)量，現(xiàn)場通過轉(zhuǎn)輪檢修排油孔向輪轂內(nèi)注入壓縮空氣進(jìn)行氣壓檢漏試驗，試驗壓力為0.3 MPa，保持30 min，未見有泄漏及壓降。

（4）槳葉接力器與槳葉操作軸連接后，進(jìn)行槳葉動作試驗，檢查操作機構(gòu)的安裝有無憋勁和卡阻現(xiàn)象。槳葉動作應(yīng)靈活可靠，槳葉開、關(guān)動作的最低操作油壓為1.7 MPa，槳葉開度轉(zhuǎn)角與接力器行程關(guān)系曲線見表1。

表1 白沙水電站槳葉開度和接力器行程關(guān)系表

4 受油器部分進(jìn)行改造思路

受油器是原有槳葉操作油開腔、關(guān)腔、輪轂腔的三腔配油裝置。由于新型轉(zhuǎn)輪不設(shè)輪轂油，因此結(jié)構(gòu)發(fā)生顛覆性的變化，使用全新高油壓槳葉全自動調(diào)節(jié)裝置，是由新型受油器、接力器、位移傳感器、操作桿四部分組成，油缸油壓采用16 MPa。調(diào)節(jié)軸代替原有轉(zhuǎn)輪體操作油管，接力器缸體內(nèi)使用活塞裝置高油壓操作系統(tǒng)，安裝于電機軸端部，通過活塞移動帶動槳葉操作軸作直線運動，改造內(nèi)容如下：

（1）拆除原機組的受油器及操作油管，更換為高油壓槳葉調(diào)節(jié)器。

（2）發(fā)電機集電環(huán)及刷架需要根據(jù)高油壓槳葉調(diào)節(jié)器裝配的要求重新設(shè)計制造。

（3）增加16 MPa新的高壓槳葉調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)及油壓裝置。

圖3 高油壓調(diào)槳機構(gòu)示意圖

5 高油壓槳葉全自動調(diào)節(jié)裝置現(xiàn)場安裝與試驗

（1）高油壓電液全自動槳葉調(diào)節(jié)裝置接力器缸通過支架連接在發(fā)電機軸端，槳葉接力器外殼固定在機組大軸上，接力器活塞固定在槳葉調(diào)節(jié)軸上，與機組大軸同時旋轉(zhuǎn)，活塞經(jīng)液壓油操作帶動槳葉轉(zhuǎn)動，操作接力器的電磁閥可以電動和手動操作，并安裝有槳葉位移傳感器，實現(xiàn)槳葉開度的閉環(huán)調(diào)節(jié)。

（2）槳葉電液調(diào)節(jié)控制裝置安裝在發(fā)電機運行層，由電磁閥液壓操作機構(gòu)、液控單向閥（液壓鎖）、開、關(guān)速度調(diào)節(jié)閥、配套油壓裝置等組成，現(xiàn)場整體安裝。槳葉位移傳感器安裝于機組燈泡體內(nèi)。

（3）對于操作油管路和調(diào)節(jié)裝置必須清洗干凈，無污物、雜質(zhì)殘留；油管路連接可靠不漏油。由于高壓高速旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)體與槳葉接力器的連接座是在車間同車配，現(xiàn)場安裝時只需分別在接力器缸的支架側(cè)法蘭和高壓旋轉(zhuǎn)接頭側(cè)法蘭的X和Y方向架設(shè)百分表進(jìn)行盤車，接力器缸體擺度的雙幅值不超過0.10 mm即可。盤車數(shù)據(jù)合格后鉆鉸槳葉接力器和連接支架的定位銷釘孔。

表2 白沙電站槳葉接力器盤車記錄表 單位：0.01 mm

（4）安裝好壓力油進(jìn)油和回油管路，油路經(jīng)過操作電磁閥、液控單向閥、開關(guān)速度調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入高壓高速旋轉(zhuǎn)接頭，高壓高速旋裝接頭由殼體、襯套、旋轉(zhuǎn)體、開腔油路和關(guān)腔油路等組成，它采用高壓 間隙密封方式確保不會竄油泄壓，可以向與機組大軸一起旋轉(zhuǎn)的槳葉接力器提供液壓油和排出回油。

（5）槳葉充油建壓后觀察流過高速高壓旋轉(zhuǎn)接頭的液壓油直接控制槳葉接力器活塞的移動，當(dāng)操作電磁閥在中間位置，液控單向閥將槳葉接力器開、關(guān)兩腔的油路封閉，如果槳葉接力器和高壓高速旋轉(zhuǎn)接頭的開、關(guān)兩腔密封正常，沒有竄油現(xiàn)象，那么，槳葉接力器的活塞被固定在當(dāng)前位置。

（6）調(diào)試中注意事項：當(dāng)槳葉控制操作電磁閥工作在關(guān)腔導(dǎo)通位置，壓力油進(jìn)入槳葉接力器關(guān)腔，槳葉接力器開腔與回油相通，活塞往關(guān)方向移動；當(dāng)控制操作電磁閥工作在開腔導(dǎo)通位置，壓力油進(jìn)入槳葉接力器開腔，槳葉接力器關(guān)腔與回油相通，活塞往開方向移動。進(jìn)而完成槳葉的開關(guān)功能。

6 改造后仍需完善工作

（1）由于設(shè)備布置空間改變，重新安裝發(fā)電機集電環(huán)、短軸及刷架，必要時對發(fā)電機勵磁引出線重新做好絕緣處理；

（2）取消原有輪轂高位油箱，拆除時必須做好安全防護(hù)措施；

（3）新增加槳葉調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)及油壓裝置的使用運行需要重新培訓(xùn)，安裝使用；

（4）由于泡頭內(nèi)設(shè)備布置改變，需調(diào)整泡頭內(nèi)樓梯安裝位置和增加調(diào)槳機構(gòu)防護(hù)罩。

7 結(jié)束語

從目前改造投運的實際工況而言，采用高油壓調(diào)槳轉(zhuǎn)輪對四會白沙水電站原有的GZTF 08型轉(zhuǎn)輪進(jìn)行無油化改造后，出力正常高效，杜絕原有轉(zhuǎn)輪漏油污染環(huán)境的隱患，降低設(shè)備運行維護(hù)成本，值的在同類型貫流機組、軸流機組改造中推廣，同時由于輪轂腔無油化可以縮小轉(zhuǎn)輪體輪轂比，使新轉(zhuǎn)輪的出力更高，適合在新的設(shè)備生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。