南歐江六級(jí)水電站頂蓋平壓管改造設(shè)想與實(shí)踐

李黎

摘要：本文簡(jiǎn)要介紹南歐江六級(jí)水電站2號(hào)機(jī)組頂蓋平壓管的組成，分析了引起平壓管漏水的原因的，并提出了對(duì)其進(jìn)行改造的設(shè)想和具體方案，以及其它電站類似問題的改造建議。經(jīng)過實(shí)踐證明，此方案有較高的合理性和正確性，希望本文對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程中的類似問題有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：頂蓋平壓管;漏水;原因分析;改造設(shè)想;方案;建議

概述

南歐江六級(jí)電站有3臺(tái)6萬(wàn)千瓦的混流式機(jī)組，水輪機(jī)及其附屬設(shè)備由重慶水輪機(jī)廠制造，型號(hào)為HLJF3011-LJ-375，額定水頭60m，額定轉(zhuǎn)速為150r/min。3臺(tái)機(jī)組于2016年4月投產(chǎn)發(fā)電。頂蓋為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，為了減輕機(jī)組運(yùn)行中的軸向水推力以及減小頂蓋上的水壓力，提高推力軸承運(yùn)行的安全可靠性，在頂蓋開上設(shè)6個(gè)Φ160mm的管孔，通過6根Φ159*4.5mm的不銹鋼管與機(jī)坑上的預(yù)埋鋼管相連，整個(gè)連接為剛性法蘭螺栓連接。安裝結(jié)構(gòu)見圖：

1現(xiàn)象與原因分析

機(jī)組投運(yùn)后約半年后，3臺(tái)機(jī)組的平壓管均發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象。漏水一方面導(dǎo)致頂蓋排水泵頻繁啟動(dòng)，另一方面因?yàn)閭€(gè)別位置因?yàn)閲娝疄R落至剪斷銷上，造成水機(jī)保護(hù)誤動(dòng)作，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，漏水部位主要為平壓管焊縫部位和平壓管水平段法蘭連接部位。初步分析焊接質(zhì)量和密封出現(xiàn)問題，隧關(guān)閉進(jìn)水口蝶閥和尾水閘門，將漏水的平壓管拆出，對(duì)開裂的焊縫嚴(yán)格按照不銹鋼鋼管焊接工藝進(jìn)行補(bǔ)焊，同時(shí)注意焊接應(yīng)力的消除，同時(shí)更換橡膠密封圈。但運(yùn)行一段時(shí)間后漏水現(xiàn)象又出現(xiàn)。為了排除母材對(duì)焊縫的影響，又對(duì)不銹鋼鋼管和90°彎頭進(jìn)行了更換，但是數(shù)月后焊縫仍然有開裂現(xiàn)象。排除焊接工藝和母材材質(zhì)影響后，分析引起平壓管漏水的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）排水管連接方式的影響。排水管和頂蓋、機(jī)坑里襯之間采用法蘭螺栓連接，均為剛性連接。機(jī)組運(yùn)行過程中，由于水輪機(jī)頂蓋和平壓管本身的振動(dòng)，連同焊接應(yīng)力的影響，易造成焊縫疲勞損傷，最終導(dǎo)致焊縫開裂，從而導(dǎo)致漏水。

（2）機(jī)組振動(dòng)的影響。頂蓋與機(jī)坑里襯的振動(dòng)方向和頻率、幅值不一致，以及頂蓋壓力脈動(dòng)對(duì)頂蓋平壓管產(chǎn)生的軸向和徑向拉應(yīng)力的作用，所以即使機(jī)組振動(dòng)值滿足運(yùn)行規(guī)范要求，但振動(dòng)值較大時(shí)必然會(huì)加大排水管的疲勞損傷，使焊縫連接處出現(xiàn)開裂。2號(hào)機(jī)組噪音、振動(dòng)較1號(hào)、3號(hào)機(jī)組稍大，出現(xiàn)平壓管漏水現(xiàn)象最早，焊縫開裂最嚴(yán)重就證明了這一觀點(diǎn)。

（3）由于頂蓋與機(jī)坑里襯之間作業(yè)空間狹小，平壓管需要現(xiàn)場(chǎng)配管后拿來(lái)焊接，法蘭與不銹鋼鋼管焊接時(shí)，其垂直度和水平度難免與機(jī)坑里襯和頂蓋泄壓孔上的法蘭不平行，為了不影響法蘭處的平面密封的密封效果，不平行處用螺栓連接時(shí)候必定產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，在長(zhǎng)期受較大拉應(yīng)力的情況下，最終導(dǎo)致焊縫拉裂。

（4）法蘭面密封為橡膠密封，使用一段時(shí)間后，密封圈老化加上汛期水中泥沙含量較高，導(dǎo)致法蘭連接處漏水。

2改造設(shè)想

針對(duì)頂蓋平壓管漏水的原因，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)頂蓋平壓水管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

（1）頂蓋平壓管在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，針對(duì)頂蓋和機(jī)坑里襯的振動(dòng)有一定的軸向、徑向自由度，必須用一定的方式補(bǔ)償或者抵消頂蓋和機(jī)坑里襯振動(dòng)的不同向以及頂蓋壓力脈動(dòng)引起的平壓管變形量。

（2）平壓管法蘭連接面密封既能密封，還能達(dá)到耐磨、不變形、長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行不干縮，發(fā)生密封損壞時(shí)，能不排尾水管內(nèi)的的積水的情況下進(jìn)行更換。

（3）在不改變頂蓋原有其它部件位置和尺寸的基礎(chǔ)上，使用活動(dòng)法蘭，使平壓管做到安裝方便，對(duì)準(zhǔn)法蘭螺栓孔時(shí)僅需轉(zhuǎn)動(dòng)法蘭而不必旋轉(zhuǎn)管子使平壓管承受較大應(yīng)力，能較好的調(diào)整兩端法蘭連接位置，保證法蘭連接可靠，密封良好。

3改造方案

為了解決頂蓋平壓管漏水問題，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)原頂蓋與機(jī)坑里襯之間的平壓管管路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，提出了“翻邊活動(dòng)法蘭+不銹鋼鋼管+金屬編織波紋軟管+翻邊活動(dòng)法蘭”的改造方案，法蘭之間密封采用金屬纏繞柔性石墨墊圈密封。

（1）拆出原平壓管，切除原平壓管水平段部分（切除長(zhǎng)度根據(jù)翻邊活動(dòng)法蘭垂直翻邊的長(zhǎng)度和金屬軟管的總長(zhǎng)度計(jì)算確定），切除平壓管豎直段上的法蘭。

（2）將翻邊活動(dòng)法蘭分別與機(jī)坑里襯和頂蓋上泄壓孔上的固定法蘭用雙頭螺桿固定（配置金屬纏繞石墨墊圈），將翻邊活動(dòng)法蘭垂直翻邊、金屬軟管（長(zhǎng)度為500mm）、不銹鋼管點(diǎn)焊固定牢固。

（3）松開活動(dòng)法蘭上的連接螺栓，將點(diǎn)焊固定過的平壓管拆出，將連接處的焊縫用氬弧焊進(jìn)行焊接（氬弧焊能有效減少焊接應(yīng)力）。

（4）將金屬纏繞石墨墊圈放置于頂蓋泄壓孔上，然后將平壓管豎直段上的翻邊活動(dòng)法蘭與頂蓋泄壓孔上的固定法蘭用雙頭螺栓連接固定。最后將機(jī)坑里襯上的固定法蘭與平壓管水平段的翻邊活動(dòng)法蘭連接。因翻邊活動(dòng)法蘭的法蘭盤片可以任意角度旋轉(zhuǎn)，螺栓連接時(shí)候可以輕松對(duì)準(zhǔn)螺栓孔，保證了平壓管不會(huì)處于扭曲和受力狀態(tài)。螺栓緊固時(shí)注意對(duì)稱均勻受力，以免金屬纏繞石墨墊圈變形。

金屬編織波紋軟管有兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為不銹鋼波紋管，外襯金屬編織軟管，此方案充分考慮到了頂蓋平壓管對(duì)柔韌性、伸縮性、彎曲性和抗振能力強(qiáng)。新結(jié)構(gòu)方便檢修，一旦發(fā)生平壓管漏水或滲水時(shí)，也不需要排除尾水管的積水，就可以很方便地更換法蘭間的密封，維護(hù)量小，而且金屬編織波紋軟管在運(yùn)行中可以允許在小范圍自由伸縮和變形。

4有關(guān)建議

基于南歐江六級(jí)電站的頂蓋平壓管頻繁漏水這一事件，為避免水輪機(jī)頂蓋平壓管漏水導(dǎo)致停機(jī)影響發(fā)電企業(yè)效益，特提出以下建議：

4.1合理選擇平壓管和機(jī)坑里襯連接方式：較多水輪發(fā)電機(jī)組頂蓋平壓管與機(jī)坑里襯的連接方式均為剛性連接，機(jī)組振動(dòng)及水流壓力脈動(dòng)造成的管路振動(dòng)無(wú)法消除時(shí)，將加劇管路焊縫的疲勞損傷，從而導(dǎo)致焊縫破裂、管路漏水。特別是機(jī)組振動(dòng)較大時(shí)，剛性連接的弊端將會(huì)更加明顯。所以建議頂蓋平壓管與機(jī)坑里襯間采用軟連接，如可以承受一定壓力的金屬軟管，以便于管路振動(dòng)能夠得到及時(shí)有效的消除。但此時(shí)應(yīng)注意軟連接管的材質(zhì)，軟連接管應(yīng)具有良好的可塑性、耐腐蝕性和足夠的強(qiáng)度、硬度，同時(shí)也需具有較好的抗拉強(qiáng)度。

4.2加強(qiáng)機(jī)組振動(dòng)的監(jiān)視：機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)上、下機(jī)架以及頂蓋等部件振動(dòng)的監(jiān)視是一項(xiàng)常規(guī)工作內(nèi)容，當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)明顯偏大時(shí)，即使振動(dòng)值仍在規(guī)范要求范圍之內(nèi)，也需認(rèn)真分析引起振動(dòng)值增大的原因并盡可能的進(jìn)行處理，以免對(duì)頂蓋平壓管造成不利影響。

4.3合理選擇排水管材質(zhì)：由于各水電站所處河流泥沙含量不盡相同，機(jī)組日常運(yùn)行中止漏環(huán)漏水對(duì)頂蓋平壓管的沖刷磨損影響程度也有大有小。特別是機(jī)組制造商所選擇管路材質(zhì)達(dá)不到要求時(shí)，需根據(jù)電站所處河流泥沙含量情況選擇合理材質(zhì)及壁厚的平壓管進(jìn)行更換。

水輪發(fā)電機(jī)組頂蓋排水管漏水如果因平壓管材質(zhì)或平壓管連接方式不合理導(dǎo)致的漏水現(xiàn)象，可以通過更換平壓管、增加軟連接管等方式進(jìn)行解決;如果因機(jī)組振動(dòng)較大等原因造成排水管漏水，則極大可能需要通過機(jī)組大修才能徹底消除漏水缺陷。

5結(jié)語(yǔ)

頂蓋平壓管在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中承擔(dān)著排除水輪機(jī)上止漏環(huán)漏水等作用，平壓管漏水會(huì)導(dǎo)致機(jī)組被迫停運(yùn)，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致水淹機(jī)組。本文通過對(duì)南歐江六級(jí)水電站2號(hào)機(jī)組頂蓋排水管漏水原因的進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的處理方法和相關(guān)建議，2號(hào)機(jī)組頂蓋平壓管改造后運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)過半年多的運(yùn)行情況看，改造效果明顯，沒有焊縫拉裂或者密封破壞引起的漏水現(xiàn)象，充分證明了此方案的科學(xué)性，達(dá)到了預(yù)期的效果，減少了日常維護(hù)量，也提高了機(jī)組的可靠性和穩(wěn)定性。后續(xù)兩臺(tái)機(jī)頂蓋平壓管將結(jié)合C級(jí)檢修工作，全部按照此方案進(jìn)行改造。希望本文亦能對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程出現(xiàn)類似問題的處理有些許借鑒作用。