梁永樹,徐藝恩

(廣西西江開發(fā)投資集團(tuán)有限公司貴港航運(yùn)樞紐分公司,廣西 貴港 537100)

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燈泡貫流水輪機(jī)振動(dòng)的處理措施

梁永樹,徐藝恩

(廣西西江開發(fā)投資集團(tuán)有限公司貴港航運(yùn)樞紐分公司,廣西 貴港 537100)

桂平航電樞紐電站由于機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)振動(dòng)較大,導(dǎo)致導(dǎo)葉內(nèi)軸頭漏水,焊接處產(chǎn)生裂紋,各聯(lián)接螺栓處動(dòng)應(yīng)力過大等后果,影響機(jī)組設(shè)備的安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。2008年先后對3臺(tái)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改型,以其達(dá)到改善水流條件,降低共振頻率。但水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改型后機(jī)組的振動(dòng)并沒有得到很好的解決,依然成為威脅電廠安全運(yùn)行的重大隱患。該文主要通過分析水輪機(jī)振動(dòng)產(chǎn)生的原因,改造加固措施,對于存在相類似問題的機(jī)組改造具有借鑒意義。

燈泡貫流水輪機(jī);振動(dòng);處理措施

1 概述

桂平航電樞紐電站(原馬騮灘水電站)安裝3臺(tái)燈泡貫流水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為15.5 MW,額定轉(zhuǎn)速為90.9 r/min,轉(zhuǎn)輪直徑為5.5 m,為4葉片轉(zhuǎn)輪,16張導(dǎo)葉。3臺(tái)機(jī)組于1992—1993年陸續(xù)投產(chǎn)發(fā)電,在投產(chǎn)初期運(yùn)行情況較好,機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn),但經(jīng)過幾年的運(yùn)行后機(jī)組出現(xiàn)了較大的振動(dòng)和噪聲,特別是在導(dǎo)葉大開度時(shí)振動(dòng)和噪聲很大,在水輪機(jī)低水頭運(yùn)行時(shí)更甚,對機(jī)組的安全運(yùn)行造成了較大的威脅。機(jī)組振動(dòng)較大時(shí)不僅影響到機(jī)組自身,甚至傳遞到廠房砼建筑物和大壩。

2 水輪機(jī)改型

經(jīng)過現(xiàn)場測量分析,認(rèn)為水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)和噪聲與水輪機(jī)水力因素有直接關(guān)系,是引起振動(dòng)和噪聲的主要原因。當(dāng)時(shí)提出了一些改造建議和意見,其中包括水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改型,改善水流條件,向轉(zhuǎn)輪后側(cè)尾水管內(nèi)補(bǔ)壓縮空氣等方案。

經(jīng)過相關(guān)論證分析,認(rèn)為對水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改型是最可行的,隨即2008年通過招投標(biāo)方式確定了3臺(tái)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改型廠家。當(dāng)時(shí)為了縮短改造工期,節(jié)省費(fèi)用,水輪機(jī)改造采用CFD仿真解析,采取模型資料驗(yàn)收的方式,另外實(shí)施了類似流道的模型試驗(yàn)的方式,對于改型所用新轉(zhuǎn)輪并沒有采用真正意義上的模型試驗(yàn)。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改型后機(jī)組的振動(dòng)并沒有得到很好的解決,依然成為威脅電廠安全運(yùn)行的重大隱患。

水輪機(jī)改型前后的參數(shù)見表1所示。

表1 水輪機(jī)改型前后參數(shù)對比

3 振動(dòng)的原因

經(jīng)過水輪機(jī)改型后,水輪機(jī)的振動(dòng)依然較大,造成振動(dòng)的原因可能是原水輪機(jī)流道與改型轉(zhuǎn)輪不配套,由于只是更新轉(zhuǎn)輪,導(dǎo)水機(jī)構(gòu)保留使用原設(shè)備,導(dǎo)水機(jī)構(gòu)處的過流通道極有可能與轉(zhuǎn)輪處通道不相配,導(dǎo)致導(dǎo)水機(jī)構(gòu)處水流流態(tài)較差。對于今后水輪機(jī)改造來說,一般應(yīng)該將導(dǎo)水機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)輪整體更換較合適,或?qū)τ谛罗D(zhuǎn)輪與舊流道做完全成幾何比例的模型試驗(yàn)較穩(wěn)妥。

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改型后的振動(dòng)直接影響到導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安全運(yùn)行,水輪機(jī)振動(dòng)傳遞到導(dǎo)水機(jī)構(gòu),造成了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)處的振動(dòng)較大,導(dǎo)致了導(dǎo)葉內(nèi)外軸頭漏水,焊接處產(chǎn)生裂紋,各聯(lián)接螺栓處動(dòng)應(yīng)力過大等后果,急需對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)采取措施加固處理。

為了消除轉(zhuǎn)輪改造后機(jī)組振動(dòng)依然較大的安全隱患,根據(jù)集團(tuán)公司的要求,電站技術(shù)人員會(huì)同廠家分析了水輪機(jī)振動(dòng)原因,對水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的連桿、內(nèi)側(cè)軸、水封封板采取了加固處理措施,計(jì)劃先從振動(dòng)比較大的2#機(jī)組開始實(shí)施。技術(shù)方案參考了轉(zhuǎn)輪改型廠家提出的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)連桿及內(nèi)導(dǎo)軸座加固方案,并根據(jù)桂平機(jī)組現(xiàn)有設(shè)備實(shí)際情況最終確定了實(shí)施方案。

4 振動(dòng)薄弱點(diǎn)

經(jīng)分析,目前水輪機(jī)的振動(dòng)薄弱點(diǎn)主要為3處,一是導(dǎo)葉連桿,二是導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)軸,三是水封封板。從現(xiàn)有的燈泡貫流式水輪機(jī)技術(shù)出發(fā),提出該3處薄弱點(diǎn)的處理方案。桂平水輪機(jī)3處振動(dòng)薄弱點(diǎn)位置見圖1所示。

圖1 桂平水輪機(jī)三處振動(dòng)薄弱點(diǎn)位置

5 水輪機(jī)振動(dòng)處理措施

5.1 導(dǎo)葉連桿處理措施

導(dǎo)葉連桿結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 桂平水輪機(jī)導(dǎo)葉連桿結(jié)構(gòu)

目前桂平水電廠導(dǎo)水機(jī)構(gòu)采用彈簧連桿與導(dǎo)葉連桿間隔布置的方式。經(jīng)過校核,確認(rèn)原導(dǎo)葉連桿總體結(jié)構(gòu)不需要進(jìn)行大的改變,只需對原導(dǎo)葉連桿設(shè)計(jì)方案個(gè)別尺寸進(jìn)行小的調(diào)整,并且對連桿相關(guān)材料進(jìn)行改善即可,這樣以增強(qiáng)連桿結(jié)構(gòu)的剛強(qiáng)度,避免振動(dòng)的影響。原設(shè)計(jì)方案與處理方案材料改變對比詳見表2所示。

表2 桂平導(dǎo)葉連桿原設(shè)計(jì)與處理措施對比

5.2 導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)軸處理措施

針對桂平水電廠導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)軸及螺栓均出現(xiàn)了斷裂現(xiàn)象,分析認(rèn)為是由于導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)軸非正常受力,才導(dǎo)致內(nèi)側(cè)軸端面及螺栓的損壞。桂平導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)軸原結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 桂平導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)軸原結(jié)構(gòu)示意

為了避免此問題,采取了對內(nèi)側(cè)軸裝配設(shè)計(jì)如下處理措施。

1) 將目前電站的8-M16 螺栓改為8-M20,增加螺栓剛強(qiáng)度。

2) 增設(shè)球面墊圈和錐面墊圈,這樣可保證螺栓擰緊后與內(nèi)側(cè)軸全面接觸,避免螺孔加工相對把合面的垂直度可能存在偏差導(dǎo)致螺栓受力不均。

3) 增加螺栓止動(dòng)塊,點(diǎn)焊方式止動(dòng)。對這一點(diǎn)也可采用螺栓的螺紋涂樂泰螺紋鎖固膠的方式,確保螺栓可靠止動(dòng)。

4) 導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)軸法蘭厚度內(nèi)原設(shè)計(jì)20 mm改為30 mm,增加導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)軸剛強(qiáng)度,避免導(dǎo)葉內(nèi)側(cè)軸法蘭疲勞斷裂。

5) 內(nèi)側(cè)軸Φ140 擋尺寸改為59,原則是保證軸端面不高出內(nèi)導(dǎo)環(huán)凸臺(tái)面高度,不與轉(zhuǎn)動(dòng)部分產(chǎn)生干涉,這樣才能保證內(nèi)側(cè)軸正常受力。由于機(jī)組生產(chǎn)受當(dāng)時(shí)技術(shù)條件各方面限制,可能會(huì)有一些差異,但基本原則是一樣的。

5.3 水封封板處理措施

桂平水輪機(jī)水封封板因?yàn)檎駝?dòng)曾經(jīng)出現(xiàn)過脫落情況,這里也是振動(dòng)薄弱點(diǎn),需要采取措施加固。鑒于此情況,針對桂平原設(shè)計(jì)的水封裝配圖紙及近些年燈泡貫流機(jī)水封裝配結(jié)構(gòu)進(jìn)行了對比研究,認(rèn)為原設(shè)計(jì)確實(shí)存在薄弱情況,較容易出現(xiàn)因振動(dòng)而造成水封封板脫落的現(xiàn)象。桂平原水封裝配圖示如圖4所示。

圖4 桂平原水封裝配示意

圖5為參照了近年來燈泡貫流式機(jī)組水封結(jié)構(gòu),對桂平水封結(jié)構(gòu)的改造方案。本方案對水封座、水封封板進(jìn)行了有效加強(qiáng),可以避免原水封封板連接可能產(chǎn)生的脫落問題。

圖5 桂平水封結(jié)構(gòu)改造方案

相對原設(shè)計(jì)方案,對水封座、水封封板進(jìn)行重新設(shè)計(jì)加工,對于水封支承是利用原支承進(jìn)行加工改造(與水封座連接處局部加工處理),改善方案主要的改進(jìn)有以下幾點(diǎn)：

1) 水封座兩端連接法蘭厚度均由30 mm 增加至40 mm,水封座錐板厚度由8 mm 增加至25 mm。

2) 水封座與水封封板、水封支承連接方式變化,加強(qiáng)了連接的可靠性。

3) 水封封板厚度由由8 mm 增加至25 mm,水封封板與水封座用螺栓連接。

4) 水封封板分兩瓣,分瓣面用螺栓連接。電站安裝后,連接處用8 mm錐板封堵,以保證過流面平滑過渡。

6 結(jié)語

該水輪機(jī)振動(dòng)處理措施經(jīng)過有關(guān)專家的評審審核,評審意見認(rèn)為處理措施可有效緩解水輪機(jī)振動(dòng)對機(jī)組正常發(fā)電的影響,減少振動(dòng)危害。桂平機(jī)組的經(jīng)驗(yàn)可以作為其它相類似的燈泡貫流機(jī)組借鑒,在進(jìn)行水輪機(jī)改型時(shí),特別是作為水輪機(jī)的核心部件轉(zhuǎn)輪改型時(shí),易將導(dǎo)水機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)輪一起考慮改造,這樣可保證從導(dǎo)水機(jī)構(gòu)開始到轉(zhuǎn)輪后部的過流通道相配套,同時(shí)轉(zhuǎn)輪易進(jìn)行全流道幾何相似的模型試驗(yàn),對保證改造后的安全運(yùn)行具有重要作用。

[1] 馬振宇.富金壩水電站2#機(jī)組水導(dǎo)軸承徑向振動(dòng)原因分析及處理措施[J].廣東水利水電,2010(2)：48-51.

(本文責(zé)任編輯 馬克俊)

Treatment Measures for Vibration of Bulb Turbine

LIANG Yongshu, XU Yi'en

(Guangxi Xijiang Development& Investment Group Co. ，Ltd，Guigang 537100，China)

In Guiping hydropower station, conducting water framework causes large vibration, which leads to leakage in the inner spindle of guide blade and crack at welding joint, as well overstress on the joint bolts, and all these affects safety operation and economic benefit of equipments. In 2008, 3 bulb turbines have been modified to improve flowing condition and lower resonant frequency. But, the vibration problem is still existing after modification and becomes a big hidden danger, Therefore, unit vibration reasons and reinforcement have been analyzed in this paper, which could be provided as references for other unit modification.

bulb turbine；vibration； treatment

2016-06-08;

2016-08-19

梁永樹(1966)，男，工程師，主要從事水電站機(jī)電設(shè)備檢修工作。

TM312

B

1008-0112(2016)010-0040-03