梁湘津

(五凌電力有限公司洪江水力發(fā)電廠，湖南 懷化 418200)

1 設備情況介紹

洪江水電廠位于湖南省懷化市洪江區(qū)上游4.5 km處，裝有6臺4.5萬kW燈泡式機組，設計水頭20 m，投產(chǎn)時為國內(nèi)單機容量最大、發(fā)電水頭最高燈泡式水輪機組，具體參數(shù)詳見表1。

表1 水輪機特征參數(shù)

電廠#1機組于2003年2月投產(chǎn)發(fā)電，2007年1月，#1機組在運行時出現(xiàn)調(diào)速器回油箱油位異常下降現(xiàn)象，分析原因為槳葉和輪轂密封處漏油。解開泄水錐后，發(fā)現(xiàn)輪轂內(nèi)壁附有一層銅末，5片槳葉徑向間隙均大于設計值，其中#3槳葉徑向間隙達到1.38 mm，超過設計值5倍，槳葉和輪轂間“D”型密封條有1～2 mm磨損。經(jīng)進一步檢查確認，槳葉根部Φ360 mm和Φ500 mm軸樞處 (見下圖1)限位銅套已嚴重磨損，銅套和軸樞存在較大軸向和徑向串動量，槳葉操作時擠壓“D”型密封條造成壓力油泄漏。

圖1 槳葉結(jié)構(gòu)圖

2 槳葉銅套磨損原因分析

#1機組槳葉軸采用低碳馬氏體不銹鋼Zg06Cr13Ni4Mo材料，具有良好的低溫力學性能、硬度較強、耐磨性好;而槳葉軸套的材質(zhì)是日本材料牌號為BC3的銅鑄件，其硬度、強度、耐磨性遠低于軸樞材料 (見表2)。

表2 材料力學性能對比

機械磨損是一種由于相對運動而使工作表面材料逐漸喪失或遷移的現(xiàn)象，一般分為跑合磨損、穩(wěn)定磨損及劇烈磨損等3個階段。按照設計使用壽命曲線，#1機組槳葉銅套投入運行4年后仍應處于穩(wěn)定磨損階段。但自2006年6月，機組投入AGC系統(tǒng)運行后，負荷頻繁調(diào)節(jié)且幅度大，機組進入振動區(qū)運行次數(shù)明顯增多。機組運行工況惡化，造成銅套磨損急劇加快，迅速從穩(wěn)定磨損階段進入劇烈磨損階段。槳葉軸樞與銅套的間隙明顯增大 (詳見表3)，接觸表面發(fā)生了“粘著－滑動”的現(xiàn)象，導致銅套限位作用失效。

表3 更換前槳葉銅套和軸樞間隙 mm

由于原銅套材質(zhì)設計不能滿足現(xiàn)場長期運行要求，必須換成硬度、耐磨性更好的鋁青銅(ALBC)材質(zhì)，同時改善機組運行環(huán)境，加強振動監(jiān)測和系統(tǒng)濾油，保證銅套發(fā)揮正常功能。

3 槳葉銅套更換過程

槳葉銅套更換項目主要涉及排水環(huán)、轉(zhuǎn)輪、受油器等重要部件解體和裝復，主要工藝流程包括:轉(zhuǎn)輪原始數(shù)據(jù)測量——輪轂排油——拆卸上半部分轉(zhuǎn)輪室——拆卸泄水錐端蓋和槳葉反饋板——拆卸泄水錐——拆卸槳葉接力器耳柄螺栓——解體并拆卸槳葉操作油缸和活塞——拆卸槳葉卡環(huán)和連桿——拆卸槳葉端部密封——吊拆槳葉——更換槳葉樞軸銅套——裝復輪轂內(nèi)各部件——油管打壓試驗——裝復泄水錐——整體試驗和驗收。

銅套安裝是整個工藝流程的難點，主要步驟如下:

鋁青銅 (ALBC)材質(zhì)銅套采用0.06～0.12 mm過盈配合設計。施工現(xiàn)場使用干冰冷卻，用千分尺測量銅套外徑，當小于安裝孔徑0.20～0.30 mm時立即安裝。先用專用吊裝工具按編號將銅套吊起，對正安裝孔后將銅套套入;當同一塊槳葉的2個銅套安裝就位后，安裝槽鋼固定架和專用螺桿以固定;當銅套恢復常溫后測量并記錄銅套尺寸;檢查無誤后在銅套外側(cè)加工止動螺孔和排氣孔，采用亞弧焊點焊防止松動。

4 項目總結(jié)和評估

#1機組槳葉銅套更換項目是洪江電廠首臺次解體檢修燈泡式機組水輪機，電廠與專家們經(jīng)過了3次研討、論證確定了技術(shù)方案。為配合施工，電廠自制吊具、夾具、拔銷器等專用工器具，項目完成后，成功申報多項實用新型專利。由于加工失誤，#2銅套 (Φ500 mm)外徑比設計最小值偏小0.10～0.15 mm，無法安裝。電廠采用電刷鍍修補方案，在銅套外表面鍍上0.25 mm鉻層，避免了銅套返廠維修帶來的經(jīng)濟損失。

復查數(shù)據(jù)顯示:Φ360 mm軸套與軸的最大配合總間隙0.19 mm，最小配合總間隙0.12 mm;Φ500 mm軸套與軸的最大配合總間隙0.24 mm，最小配合總間隙0.11 mm(見表4)，槳葉軸樞與銅套的配合間隙及各項技術(shù)指標均滿足設計規(guī)范要求。經(jīng)過4年監(jiān)控運行，未發(fā)現(xiàn)槳葉密封漏油的情況，機組運行穩(wěn)定、可靠，槳葉銅套更換項目取得預期效果。

表4 更換后槳葉銅套和軸樞配合間隙 mm

5 結(jié)束語

通過總結(jié)槳葉銅套更換項目經(jīng)驗，編制《燈泡式機組水輪機解體檢修標準》，被其它兄弟單位借鑒，先后指導完成10余臺次同類型機組槳葉銅套更換項目。為進一步改善燈泡式機組調(diào)度、運行環(huán)境，電廠整理槳葉銅套磨損、槳葉操作螺栓斷裂和調(diào)速器油泵破損等重大缺陷材料，編寫了“洪江水電廠投入AGC遠方自動控制后連續(xù)出現(xiàn)重大設備問題”報告，上報國家電力監(jiān)管委員會，最終促成國家標準《關(guān)于發(fā)電廠并網(wǎng)運行管理的意見》對燈泡式機組必須具備AGC功能強制要求的修改。

〔1〕GB/T8564—2003.水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范〔S〕.北京:中國標準出版社，2003.

〔2〕季盛林，劉國柱.水輪機〔M〕.北京:水利電力出版社，1985.

〔3〕姜政權(quán).水輪發(fā)電機及其檢修〔M〕.北京:中國工人出版社，1987.

〔4〕GB50205—2001.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范〔S〕.北京:中國標準出版社，2001.