長(zhǎng)潭電廠1號(hào)機(jī)大軸補(bǔ)氣孔甩水原因分析及處理

黃彬，張家勇

（廣東粵電長(zhǎng)潭發(fā)電有限責(zé)任公司，廣東 梅州 514100）

1 概述

長(zhǎng)潭電廠位于廣東省梅州市蕉嶺縣城北約6 km處，是以發(fā)電為主，兼防洪、灌溉等效益的綜合利用工程。長(zhǎng)潭電廠總裝機(jī)容量為4×15 MW，自1987年開始相繼投運(yùn)，上游正常高水位為148 m，汛期高水位為144 m；其水輪機(jī)型號(hào)為HL250—LJ—225，設(shè)計(jì)流量42.1 m3/s，設(shè)計(jì)水頭42 m，吸出高程為-2 m，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為214.3 r/min，尾水管長(zhǎng)度為39.6 m，為4H型。

2 過程描述

長(zhǎng)潭1號(hào)機(jī)組在2020年期間進(jìn)行了A級(jí)檢修，于2020年12月29日檢修完工開機(jī)并網(wǎng)試驗(yàn)，當(dāng)時(shí)上游水位139.06 m，下游水位100.95 m，分別在10、12.16、12.55 MW工況下開機(jī)試運(yùn)行，無甩水現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)。備用期間，由于水庫水位較低，常在低效率工況下運(yùn)行，運(yùn)行共約0.7 h，分別為：

·2021年3月30日開機(jī)后帶10.68 MW負(fù)荷運(yùn)行0.5 h（當(dāng)時(shí)上游水位137.94 m，下游水位100.86 m）。

·4月23日開機(jī)后帶1.5 MW負(fù)荷運(yùn)行0.2 h（當(dāng)時(shí)上游水位136.02 m，下游水位100.79 m）。

·5月14日第三次開機(jī)后，帶12.0 MW負(fù)荷發(fā)現(xiàn)大軸補(bǔ)氣孔甩水（上游水位139.85 m，下游水位100.68 m）。

該水輪機(jī)的補(bǔ)氣方式為：一是在尾水管內(nèi)裝有自然補(bǔ)氣的短管補(bǔ)氣裝置。二是在水輪機(jī)軸底裝有1個(gè)φ100 mm的中心補(bǔ)氣閥。三是在頂蓋處裝有2個(gè)φ150 mm的真空破壞閥。

自建廠投運(yùn)以來，每臺(tái)機(jī)組均不同程度發(fā)生過大軸補(bǔ)氣孔甩水現(xiàn)象：即機(jī)組運(yùn)行時(shí)，水來自大軸底部的大軸補(bǔ)氣閥，經(jīng)水輪機(jī)軸中心孔和其連接的法蘭徑向補(bǔ)氣口φ25 mm噴出，導(dǎo)致水車室內(nèi)水花四射。后經(jīng)研究處理，調(diào)整了大軸補(bǔ)氣閥的動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)壓力值（動(dòng)作壓力為15～16 kg時(shí)，應(yīng)打開10 mm），近十多年來，甩水問題有明顯改觀，沒有再繼續(xù)出現(xiàn)此類現(xiàn)象。

此次甩水現(xiàn)象的再次發(fā)生，維修人員首先懷疑A修期間對(duì)于大軸補(bǔ)氣閥的拆裝是導(dǎo)致甩水的原因。維修人員于5月20日對(duì)大軸補(bǔ)氣閥進(jìn)行檢查，初步判斷為大軸補(bǔ)氣閥在安裝時(shí)卡住憋勁，使得橡膠密封不到位導(dǎo)致漏水，后對(duì)大軸補(bǔ)氣閥作更換處理（見圖1）。

圖1 拆下大軸補(bǔ)氣閥現(xiàn)狀

新大軸補(bǔ)氣閥換上后，累計(jì)有4次開機(jī)，卻仍然發(fā)現(xiàn)還有甩水現(xiàn)象：

·5月21日開機(jī)后帶負(fù)荷13.0 MW運(yùn)行1 h（上游水位140.11 m，下游水位100.83 m），大軸補(bǔ)氣孔不甩水。

·5月25日開機(jī)后帶負(fù)荷12.3～11.9 MW運(yùn)行7.5 h（上游水位140.88～139.99 m，下游水位100.86～100.84 m）不甩水。

·5月26日開機(jī)后帶負(fù)荷12.2 MW運(yùn)行10 min后（上游水位139.88 m，下游水位100.90 m）再次出現(xiàn)甩水現(xiàn)象，減負(fù)荷至10.3 MW甩水現(xiàn)象消失。

·5月31日開機(jī)后帶負(fù)荷10.4 MW運(yùn)行10 min后（上游水位135.72 m，下游水位101.64 m）再次發(fā)現(xiàn)甩水現(xiàn)象。

維護(hù)人員再次懷疑是由于大軸補(bǔ)氣閥導(dǎo)致，于6月10日對(duì)大軸補(bǔ)氣閥進(jìn)行第二次檢查處理：補(bǔ)氣閥凸臺(tái)圓外徑由φ168 mm加工到φ165 mm（泄水錐處配合內(nèi)徑為φ170 mm）；當(dāng)時(shí)拆下來的大軸補(bǔ)氣閥彈簧預(yù)緊力測(cè)量值為17 kg，未明顯偏離標(biāo)準(zhǔn)值，又將大軸補(bǔ)氣閥彈簧預(yù)緊力調(diào)整到19 kg；清理泄水錐法蘭組合面表面油漆；詳細(xì)檢查泄水錐，泄水錐表面銹蝕較嚴(yán)重，但未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋或銹蝕穿孔問題。

此次處理后，1號(hào)機(jī)再次開機(jī)并網(wǎng)，帶負(fù)荷13.2 MW運(yùn)行（上游水位140.83 m，下游水位100.61 m），結(jié)果甩水現(xiàn)象依舊發(fā)生。經(jīng)過幾次對(duì)大軸補(bǔ)氣閥連續(xù)的處理、調(diào)整和重裝，基本可以排除大軸補(bǔ)氣閥設(shè)備自身或安裝等原因造成水從補(bǔ)氣閥各部進(jìn)入大軸。

3 綜合分析處理

從實(shí)際情況可以看出還有其他兩道沒有盤根硬接觸的組合面：一是大軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接組合面。二是泄水錐與轉(zhuǎn)輪組合面。機(jī)組A修時(shí)，分解過大軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接螺絲，但泄水錐與轉(zhuǎn)輪組合面未分解過，所以從泄水錐與轉(zhuǎn)輪組合面漏水可優(yōu)先排除。維修人員將目光對(duì)焦到大軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接組合面。

綜合分析判斷，大軸補(bǔ)氣孔甩水出現(xiàn)在機(jī)組最優(yōu)工況期間，故懷疑進(jìn)入大軸的水很有可能是主要來自大軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接組合面，原因還有：一是混流式水輪機(jī)在偏離最優(yōu)工況時(shí)，轉(zhuǎn)輪出口水流切向分速度增大，水流中所具有的環(huán)量使尾水管中心產(chǎn)生低壓并形成渦帶，水輪機(jī)補(bǔ)氣的主要目的是在此工況下，通過向尾水錐管補(bǔ)入空氣，削弱渦帶真空，以減弱尾水管壓力脈動(dòng)和水輪機(jī)氣蝕，借以改善運(yùn)行狀態(tài)（所以機(jī)組在其他工況下時(shí)補(bǔ)氣閥受真空打開補(bǔ)氣，補(bǔ)氣管內(nèi)空氣進(jìn)入形成負(fù)壓阻礙了水流甩出；而機(jī)組在最優(yōu)工況時(shí)，補(bǔ)氣閥沒有打開，補(bǔ)氣孔內(nèi)的壓力差不足以抵制水流跟隨離心力甩出氣孔，但此時(shí)閥門關(guān)閉卻仍有水甩出，證實(shí)了水不是從補(bǔ)氣閥自身原因漏入的）。二是機(jī)組在A修期間，因技改項(xiàng)目更換過止漏環(huán)，擴(kuò)大了上部止漏環(huán)間隙（使漏入轉(zhuǎn)輪上冠頂部的水流增大，壓力也相應(yīng)增大，機(jī)組靜態(tài)時(shí)，-2 m吸出高度的水壓不足以使水漏入大軸，大軸補(bǔ)氣孔不出水。隨著機(jī)組運(yùn)行，從止漏環(huán)漏入的水壓力增大，剛好形成突破，水進(jìn)入大軸；由于其他工況下大軸補(bǔ)氣閥打開補(bǔ)氣，大軸里的水從補(bǔ)氣閥排入尾水，而大軸補(bǔ)氣閥在最優(yōu)工況時(shí)是保持常閉狀態(tài)的，這時(shí)大軸里面的水只能從補(bǔ)氣閥排出）。

7月13日，維修人員為了驗(yàn)證上述猜想，對(duì)1號(hào)機(jī)再次停機(jī)處理：通過水車室大軸補(bǔ)氣孔向大軸內(nèi)灌水，然后在尾水架臺(tái)觀察漏水情況?，F(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪與大軸法蘭面縫隙有水流出，從而證實(shí)確為該部位漏水導(dǎo)致大軸補(bǔ)氣孔甩水發(fā)生。

分析導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪與大軸法蘭面縫隙漏水可能原因有3個(gè)：一是法蘭面有毛刺或臟污物，導(dǎo)致法蘭面未能貼緊密，引起漏水。二是法蘭面?zhèn)髁︽I過高，導(dǎo)致法蘭面未能貼緊密，引起漏水。三是法蘭面?zhèn)髁︽I上下和側(cè)面縫隙密封不嚴(yán)，引起漏水。

4 處理方法

避開甩水工況區(qū)運(yùn)行，在這種工況下補(bǔ)氣閥常閉，正是機(jī)組最優(yōu)工況，如果長(zhǎng)期避開這種工況運(yùn)行，對(duì)機(jī)組不利；而在當(dāng)前汛期情況下進(jìn)行機(jī)組擴(kuò)大性檢修顯然不實(shí)際。于是維修人員想出了在主軸內(nèi)加裝圓筒，將法蘭面漏水和大軸補(bǔ)氣閥隔離的思路：加工1個(gè)圓筒加裝在泄水錐上，與大軸補(bǔ)氣閥共用螺栓孔，圓筒外徑φ165 mm（與泄水錐內(nèi)孔φ170 mm配合）。同時(shí)，在圓筒上端車出盤根槽，加φ8 mm圓盤根密封，使法蘭面漏水與大軸中心孔隔離（見圖2）。

圖2 圓筒加工圖

圓筒緊固時(shí)用3 mm厚橡膠板密封，大軸補(bǔ)氣閥緊固時(shí)用3 mm厚橡膠板密封。2021年底，1號(hào)機(jī)C修期間加裝完成（見圖3）。

圖3 圓筒裝配示意圖

5 結(jié)語

加裝圓筒后，甩水現(xiàn)象不再發(fā)生，目前機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，說明了此次處理方法得當(dāng)。用簡(jiǎn)單有效的手段避免了對(duì)機(jī)組再次從上到下的拆裝檢修，為電站挽回了損失；但是要徹底解決此類問題，需在下次A級(jí)檢修時(shí)針對(duì)該大軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接組合面進(jìn)行重新處理，提高維修工藝。