劉禎楠 劉瑞楠

摘 要：西北某低水頭水電站，水輪機在額定水頭額定出力下運行良好，但是由于設(shè)計問題，機組定子、轉(zhuǎn)子檢修不方便。經(jīng)分析認為，可以改造機組燈炮頭進人孔設(shè)計以達到方便檢修的目的。

關(guān)鍵詞：水輪機；貫流式；進人孔

1 電廠概況

西北某水電站是黃河龍-青河段沿梯級水電站。電站總裝機容量74MW（4×18.5MW），為日調(diào)節(jié)水電站，其主要任務(wù)是發(fā)電。電站為三等中型工程，整個樞紐工程由左岸副壩、電站廠房、沖沙閘、右岸副壩等建筑物組成。

2 原因分析

水電站4臺機組運行并網(wǎng)發(fā)電之后，由于加工制造等原因，檢修發(fā)電機定轉(zhuǎn)子時只有泡體中設(shè)有一個風(fēng)洞進人孔。由于風(fēng)洞進人孔的開口位置不理想，在泡體中面朝上游組合軸承的九點鐘方向，距離轉(zhuǎn)子約1.3m的地方。導(dǎo)致檢修人員在前往定轉(zhuǎn)子室打開進人孔門欲進入風(fēng)洞時，必須躬身腳踏定轉(zhuǎn)子消防管的固定角鋼，再用身體橫跨1.3m的空間，用手抓住轉(zhuǎn)子筋板孔隙才能固定身體。此時檢修人員只有兩個斜向空間的支撐點：一處為消防管的固定角鋼，一處為轉(zhuǎn)子筋板孔隙。此時檢修人員距離轉(zhuǎn)子底部的垂直距離約為3.899m，十分危險。影響了檢修人員的工作環(huán)境，增加了其危險系數(shù)。因為進風(fēng)洞時檢修人員必須腳踏定轉(zhuǎn)子消防管的固定角鋼的“L”形頂角部分，長此以往將會嚴重影響角鋼對于定轉(zhuǎn)子消防管的固定效果及使用壽命，而且檢修人員在踏著角鋼頂角部分作業(yè)時亦容易打滑，若此時手中抓不穩(wěn)即會發(fā)生嚴重的人身安全事故，因為腳下是定子齒壓板及定位筋等棱角形狀設(shè)備，所以一旦發(fā)生滑落事故，則后果不堪設(shè)想。這對于檢修人員亦是一種心理負擔(dān)，進一步考慮：若人員不發(fā)生安全事故，每次檢修人員進入風(fēng)洞時都踩踏固定消防管道的角鋼，此角鋼為45號回火索氏體（即優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)剛），厚度為3mm，寬度為50mm，其許應(yīng)力為353MPa。假設(shè)檢修人員踩在角鋼上時，角鋼的受力為80%的垂直重力加上20%的斜向扭力矩。設(shè)定檢修人員體重為75kg，角鋼長出管型座40cm且固定牢靠。則角鋼的最大承受復(fù)合力矩的屈服極限為σ=（353MPa/n）×S×80%×15%=28.24MPa/cm2，而檢修人員施加給角鋼的垂直方向的力量為m×g×80%=588N而彎曲（拉伸）扭轉(zhuǎn)的組合強度為？滓=■+■

？子=■=■根據(jù)第三強度理論條件■？燮[？滓]而？滓max=■+■？燮[？滓]（其中g(shù)取9.8，安全系數(shù)n取國家給定值1.5）由運算結(jié)果來看，角鋼對于承受檢修人員的重力和扭矩的復(fù)合力而言是達到屈服極限的邊緣的，再加上我們考慮到人員的沖力、兩端鉸支細長壓桿的臨界力Pc=？仔2EI/L2計算出其臨界應(yīng)力？滓c=■≈30.714MPa（d近似取20mm，E=210GPa）及日常機組復(fù)合震動對于鋼才造成的因素之后，計算值告訴我們：在這種受力情況下，角鋼的壽命和強度、撓度、屈服極限和抗壓縮（拉伸）系數(shù)均很難有效保證（在未給消防供水管道施加受力的情況）。隨著以后我們河口電站機組實現(xiàn)完備化后，若消防管內(nèi)通水則檢修人員此舉是重大事故隱患。會導(dǎo)致角鋼固定不穩(wěn)、消防供水管路圓形不規(guī)整、其環(huán)形管路不在同一圓平面內(nèi)、消防管路受扭力矩影響而產(chǎn)生裂痕甚至斷開等一系列問題。如消防水滲漏等故障，如在機組運行時則會成為重大事故的誘因。

3 處理方案

在以確保檢修人員人身安全、機組運行穩(wěn)定、無事故隱患、檢修人員方便檢修的大原則下，經(jīng)過試驗、分析研究作出以下處理方案：在泡頭內(nèi)面朝下游側(cè)（+x，-y）30°-90°方向（每臺機組情況不一樣，以方便檢修為準）的兩個風(fēng)機之間再增設(shè)一個進人孔，其寬度約為400mm，高度約為800mm。位置、樣式如下圖所示，增設(shè)的進人孔在泡頭擋風(fēng)板上，取其擋風(fēng)板所用之材料，四周用6個M6×20的螺栓把合在擋風(fēng)板上，外側(cè)加裝高60mm寬150mm的拆卸把手，可以焊接在新進人孔孔門上。四周用厚度為10mm的羊毛氈密封，孔門內(nèi)側(cè)在加裝兩道30的角鋼做十字形立筋，用以提高孔門的平行強度和穩(wěn)定系數(shù)。因為風(fēng)洞內(nèi)高溫環(huán)境居多，橡膠在此環(huán)境中易老化，故而不選用平板橡膠密封。由于考慮到擋風(fēng)板的震動問題，進而想到羊毛氈對于震動的消除效果很好，用螺栓把緊時羊毛氈的壓縮量為1.5mm，亦能起到很好的阻風(fēng)效果。所以最終選定了羊毛氈來做新增進人孔的密封材料。除此之外，在泡體內(nèi)原先的進人孔內(nèi)管型座上還應(yīng)安裝下行把手，這樣以來也方便了從泡體進人孔進人風(fēng)洞的檢修人員。因為在定轉(zhuǎn)子室內(nèi)管型座上安裝金屬把手雖然不會對定轉(zhuǎn)子的發(fā)電產(chǎn)生很大的影響，可是其對整個定轉(zhuǎn)子室內(nèi)的平衡電場會產(chǎn)生影響，導(dǎo)致整個工作區(qū)域磁場失衡，為日后的機組正常運行留下隱患。為此我建議把下行把手的材料選定為不銹鋼，尺寸為150mm×400mm的“Π”形，其安裝可以直接焊接在管型座上，也可以在兩短邊用墊腳與4個M10×20的螺栓把合在管型座上。從安全角度考慮，為防止下行把手因管型座的震動而松動、脫落，設(shè)計螺栓與墊腳之間使用止動墊片，而墊腳與管型座內(nèi)壁之間使用厚度為5mm的羊毛氈墊。設(shè)計下行把手之間間距為30mm，設(shè)計每臺機組安裝4個即可，把手用直徑？覬30mm的不銹鋼管即可，使用防滑滾斜十字花紋做表面處理。

4 所需投入

這樣改進所需要的投入分為以下三類：第一，材料。第二，安裝。用割槍割泡頭進人孔時，為防止鐵屑飛濺至定轉(zhuǎn)子間隙內(nèi)，則用石棉布將工作現(xiàn)場欲保護裝置全部包裹保護，安裝下行扶手是也是如此操作，施工完畢后仔細清掃、檢查。下行把手間距為300mm。第三，維護及使用注意事項。因新增進人孔與下行把手的工作環(huán)境有較高的溫度和復(fù)合震動等因素，所以建議做好備品備件工作，如矩形環(huán)羊毛氈墊備用件、螺栓、止動墊片備用件等。此外還需每6個月檢查維護一次，如毛氈的損耗、螺栓的松動等，以及時消除隱患。此定期維護工作完全可以與風(fēng)洞檢查定期維護工作合并。最后，因新增設(shè)一個泡頭風(fēng)洞進人孔，則檢修人員進風(fēng)洞管理制度更需嚴格實施，做好記錄工作以消除事故隱患。此外改裝完畢之后需要對定轉(zhuǎn)子室內(nèi)的消防管路、鏈接處、法蘭面、噴頭等薄弱環(huán)節(jié)進行徹底檢查和維護，以避免日后留下消防管路漏水的事故隱患。

5 改裝后帶來的效益

如此增設(shè)進人孔、安裝下行把手以來，即給檢修人員帶來了極大的便利，又消除了許多安全隱患。首先，進入風(fēng)洞的檢修人員再無人身安全隱患，因為在管型座上加裝了下行把手，所以即使檢修人員從泡體進人孔進入風(fēng)洞時，檢修人員也有了地方下腳，有了穩(wěn)定支撐點。當(dāng)機組運行時這也不會影響到定轉(zhuǎn)子室內(nèi)的平衡磁場。當(dāng)檢修人員檢修風(fēng)機時可以直接從泡頭進人孔進入。此時風(fēng)洞門距離轉(zhuǎn)子約有400-600mm的距離，十分方便檢修人員的進出、檢查風(fēng)機、加熱器等設(shè)備。其次，檢修人員從泡體進人孔進入風(fēng)洞時，因不必再腳踩定轉(zhuǎn)子消防水管的固定角鋼了，這樣即大大降低了檢修人員的人身安全，又有效的避免了定轉(zhuǎn)子消防水管的損耗，從而為機組的正常運行消除了事故隱患。最后，當(dāng)風(fēng)機出現(xiàn)問題時，若要取出風(fēng)機本體，則可以直接從泡頭進人孔進入風(fēng)洞檢修、取下風(fēng)機，不必再像之前那樣從泡頭繞到泡體再進入風(fēng)洞爬到相應(yīng)的風(fēng)機孔位置檢修，這樣做不僅在無形中消耗了大量的人力，而且與身在泡頭內(nèi)的接應(yīng)檢修人員的溝通也十分不便。可謂耗時耗力無效率，若從泡頭進人孔進入并檢修風(fēng)機，則一舉完美地解決了此問題，必要時風(fēng)機本體也便于取出，檢修等。

作者簡介：劉禎楠（1987-），男，陜西渭南，本科，現(xiàn)從事電站水輪機運行工作。