祁 峰，唐 濤，嚴(yán)平文

（廣東省源天工程有限公司,廣東 廣州 511340）

背景

四會(huì)市白沙水電站為綏江干流開(kāi)發(fā)規(guī)劃六個(gè)梯級(jí)的第五級(jí)，位于四會(huì)縣城上游5 km的白沙村。電站現(xiàn)有裝機(jī)2臺(tái)GZTF08-WP-550燈泡貫流機(jī)組，額定水頭5.5 m，額定流量178.13 m3/s，額定轉(zhuǎn)速78.9 r/min，安裝高程2.8 m，機(jī)組結(jié)構(gòu)型式為雙支點(diǎn)單懸臂結(jié)構(gòu)。經(jīng)多年長(zhǎng)久運(yùn)行，轉(zhuǎn)輪密封磨損失效，導(dǎo)致機(jī)組漏油嚴(yán)重，嚴(yán)重污染下游河流，而且調(diào)速器油泵啟動(dòng)頻繁，消耗大量廠用電。為解決上述問(wèn)題，須對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行改造。

1 改造對(duì)比

電站從實(shí)用性能和經(jīng)濟(jì)性能指標(biāo)對(duì)比后發(fā)現(xiàn)，更換常規(guī)轉(zhuǎn)輪依然存在傳統(tǒng)的受油器因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、密封困難造成或多或少的漏油、竄油、燒浮動(dòng)瓦、操作油管斷裂等問(wèn)題，且操作油管中心調(diào)整困難，安裝和維修難度大，盤(pán)車(chē)往往要耗費(fèi)數(shù)天時(shí)間。轉(zhuǎn)輪體內(nèi)輪轂油運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)，存在槳葉密封磨損后漏油污染環(huán)境的隱患。從節(jié)能增效、綠色安全的角度，選用高油壓調(diào)槳式轉(zhuǎn)輪對(duì)電站的水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行改造。

高油壓調(diào)槳式轉(zhuǎn)輪的操作油壓由原來(lái)的2.5 MPa提升到16 MPa，槳葉接力器從輪轂體內(nèi)外置于發(fā)電機(jī)軸端，簡(jiǎn)化了水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)，可提高轉(zhuǎn)輪的過(guò)流能力和能量指標(biāo)。同時(shí)配套使用新型高壓高速旋轉(zhuǎn)密封接頭裝置代替?zhèn)鹘y(tǒng)的受油器，從而使機(jī)組轉(zhuǎn)輪在運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)內(nèi)部無(wú)油狀態(tài)，徹底杜絕因轉(zhuǎn)輪漏油對(duì)河流造成環(huán)境污染，同時(shí)也解決了因轉(zhuǎn)輪漏油造成油壓裝置油泵頻繁啟動(dòng)的問(wèn)題。另高油壓調(diào)槳式轉(zhuǎn)輪的接力器和高壓高速旋轉(zhuǎn)接頭在廠內(nèi)一體化加工，只需現(xiàn)場(chǎng)首次安裝時(shí)盤(pán)車(chē)檢查接力器缸與主軸的同心度，同心度合格后鉆鉸定位銷(xiāo)釘；后續(xù)檢修維護(hù)時(shí)按銷(xiāo)釘定位即可，不需再次盤(pán)車(chē)。

2 高油壓調(diào)槳式轉(zhuǎn)輪系統(tǒng)轉(zhuǎn)輪體內(nèi)部改造

由于是改造項(xiàng)目沒(méi)有采用新的轉(zhuǎn)輪體，因此采用以舊改新的原則，無(wú)需重新鑄造新轉(zhuǎn)輪，因此主要設(shè)備需要轉(zhuǎn)輪返廠加工，新加工部件在車(chē)間及工地現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行試配和試驗(yàn)。

（1）利用原有GZTF08型轉(zhuǎn)輪進(jìn)行改造，保留原來(lái)轉(zhuǎn)輪的輪轂、葉片。取消原轉(zhuǎn)輪里的活塞、活塞桿及其連接件，更換為轉(zhuǎn)輪操作架、操作軸及相關(guān)的連接件（車(chē)間完成）。

（2）原轉(zhuǎn)輪里的軸套全部更換成自潤(rùn)滑軸套（車(chē)間完成）。

（3）更換原有水輪機(jī)槳葉密封，改為進(jìn)水V型反向自潤(rùn)滑密封（車(chē)間預(yù)裝）。

（4）拆除原有操作油管及其限位裝置，增加槳葉操作軸和導(dǎo)軸承以及支撐環(huán)，完善操作架結(jié)構(gòu)（車(chē)間加工，現(xiàn)場(chǎng)裝配）。

（5）增加槳葉操作軸的連接卡環(huán)套和鎖緊裝置（車(chē)間加工，現(xiàn)場(chǎng)裝配）。

（6）轉(zhuǎn)輪體組裝以及靜平衡試驗(yàn)在車(chē)間完成，試驗(yàn)合格后（Ф1 800 mm圓上的不平衡重量不大于1 kg），拆除槳葉發(fā)運(yùn)至工地。

（7）試驗(yàn)及檢查（電站現(xiàn)場(chǎng)）。

圖1 高壓式調(diào)漿轉(zhuǎn)輪體示意圖

圖2 白沙水電站高壓式調(diào)漿轉(zhuǎn)輪軸系結(jié)構(gòu)示意圖

3 改造后轉(zhuǎn)輪體的現(xiàn)場(chǎng)組裝及試驗(yàn)

（1）可利用在支座與基礎(chǔ)板把合面間加墊的辦法來(lái)調(diào)整支座上法蘭面水平，其水平度應(yīng)不超過(guò)0.05 mm/m。合格后，在支座法蘭面上均勻放置厚度相同的紫銅墊。在支座中心位置布置一個(gè)千斤頂。轉(zhuǎn)輪體與活塞桿把合面的水平度，不超過(guò)0.10 mm。

（2）吊起葉片軸，對(duì)準(zhǔn)轉(zhuǎn)輪體上相應(yīng)軸孔，將葉片軸按對(duì)應(yīng)標(biāo)記緩慢套裝入轉(zhuǎn)輪體。套裝過(guò)程中，同時(shí)注意調(diào)整轉(zhuǎn)臂，將轉(zhuǎn)臂套裝在葉片軸上。當(dāng)葉片軸基本套裝入轉(zhuǎn)輪體后，調(diào)整轉(zhuǎn)臂與葉片軸的相對(duì)位置，對(duì)正轉(zhuǎn)臂與葉片軸銷(xiāo)孔，將清理干凈的Ф120 mm圓柱銷(xiāo)按對(duì)應(yīng)標(biāo)記裝入。拆除葉片軸套裝工具。來(lái)回提升、降落連桿幾次檢查葉片軸動(dòng)作的靈活性，葉片軸應(yīng)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，同時(shí)裝入V型密封，確保壓力適中，密封均勻。

（3）根據(jù)設(shè)計(jì)要求，制造車(chē)間采用合格的46號(hào)汽輪機(jī)油進(jìn)行接力器嚴(yán)密性耐壓試驗(yàn)，依次按照50%、75%、100%、110%、125%額定工作壓力進(jìn)行觀察，每級(jí)試驗(yàn)壓力保持10 min，未見(jiàn)有泄漏和異常聲響，最大試驗(yàn)壓力為20 MPa，保持30 min；各密封面及合縫未見(jiàn)有滲漏和異常聲響。由于輪轂內(nèi)無(wú)操作油，為檢查槳葉密封安裝質(zhì)量，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)轉(zhuǎn)輪檢修排油孔向輪轂內(nèi)注入壓縮空氣進(jìn)行氣壓檢漏試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力為0.3 MPa，保持30 min，未見(jiàn)有泄漏及壓降。

（4）槳葉接力器與槳葉操作軸連接后，進(jìn)行槳葉動(dòng)作試驗(yàn)，檢查操作機(jī)構(gòu)的安裝有無(wú)憋勁和卡阻現(xiàn)象。槳葉動(dòng)作應(yīng)靈活可靠，槳葉開(kāi)、關(guān)動(dòng)作的最低操作油壓為1.7 MPa，槳葉開(kāi)度轉(zhuǎn)角與接力器行程關(guān)系曲線見(jiàn)表1。

表1 白沙水電站槳葉開(kāi)度和接力器行程關(guān)系表

4 受油器部分進(jìn)行改造思路

受油器是原有槳葉操作油開(kāi)腔、關(guān)腔、輪轂腔的三腔配油裝置。由于新型轉(zhuǎn)輪不設(shè)輪轂油，因此結(jié)構(gòu)發(fā)生顛覆性的變化，使用全新高油壓槳葉全自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，是由新型受油器、接力器、位移傳感器、操作桿四部分組成，油缸油壓采用16 MPa。調(diào)節(jié)軸代替原有轉(zhuǎn)輪體操作油管，接力器缸體內(nèi)使用活塞裝置高油壓操作系統(tǒng)，安裝于電機(jī)軸端部，通過(guò)活塞移動(dòng)帶動(dòng)槳葉操作軸作直線運(yùn)動(dòng)，改造內(nèi)容如下：

（1）拆除原機(jī)組的受油器及操作油管，更換為高油壓槳葉調(diào)節(jié)器。

（2）發(fā)電機(jī)集電環(huán)及刷架需要根據(jù)高油壓槳葉調(diào)節(jié)器裝配的要求重新設(shè)計(jì)制造。

（3）增加16 MPa新的高壓槳葉調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)及油壓裝置。

圖3 高油壓調(diào)槳機(jī)構(gòu)示意圖

5 高油壓槳葉全自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置現(xiàn)場(chǎng)安裝與試驗(yàn)

（1）高油壓電液全自動(dòng)槳葉調(diào)節(jié)裝置接力器缸通過(guò)支架連接在發(fā)電機(jī)軸端，槳葉接力器外殼固定在機(jī)組大軸上，接力器活塞固定在槳葉調(diào)節(jié)軸上，與機(jī)組大軸同時(shí)旋轉(zhuǎn)，活塞經(jīng)液壓油操作帶動(dòng)槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)，操作接力器的電磁閥可以電動(dòng)和手動(dòng)操作，并安裝有槳葉位移傳感器，實(shí)現(xiàn)槳葉開(kāi)度的閉環(huán)調(diào)節(jié)。

（2）槳葉電液調(diào)節(jié)控制裝置安裝在發(fā)電機(jī)運(yùn)行層，由電磁閥液壓操作機(jī)構(gòu)、液控單向閥（液壓鎖）、開(kāi)、關(guān)速度調(diào)節(jié)閥、配套油壓裝置等組成，現(xiàn)場(chǎng)整體安裝。槳葉位移傳感器安裝于機(jī)組燈泡體內(nèi)。

（3）對(duì)于操作油管路和調(diào)節(jié)裝置必須清洗干凈，無(wú)污物、雜質(zhì)殘留；油管路連接可靠不漏油。由于高壓高速旋轉(zhuǎn)接頭的旋轉(zhuǎn)體與槳葉接力器的連接座是在車(chē)間同車(chē)配，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)只需分別在接力器缸的支架側(cè)法蘭和高壓旋轉(zhuǎn)接頭側(cè)法蘭的X和Y方向架設(shè)百分表進(jìn)行盤(pán)車(chē)，接力器缸體擺度的雙幅值不超過(guò)0.10 mm即可。盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)合格后鉆鉸槳葉接力器和連接支架的定位銷(xiāo)釘孔。

表2 白沙電站槳葉接力器盤(pán)車(chē)記錄表 單位：0.01 mm

（4）安裝好壓力油進(jìn)油和回油管路，油路經(jīng)過(guò)操作電磁閥、液控單向閥、開(kāi)關(guān)速度調(diào)節(jié)閥后進(jìn)入高壓高速旋轉(zhuǎn)接頭，高壓高速旋裝接頭由殼體、襯套、旋轉(zhuǎn)體、開(kāi)腔油路和關(guān)腔油路等組成，它采用高壓 間隙密封方式確保不會(huì)竄油泄壓，可以向與機(jī)組大軸一起旋轉(zhuǎn)的槳葉接力器提供液壓油和排出回油。

（5）槳葉充油建壓后觀察流過(guò)高速高壓旋轉(zhuǎn)接頭的液壓油直接控制槳葉接力器活塞的移動(dòng)，當(dāng)操作電磁閥在中間位置，液控單向閥將槳葉接力器開(kāi)、關(guān)兩腔的油路封閉，如果槳葉接力器和高壓高速旋轉(zhuǎn)接頭的開(kāi)、關(guān)兩腔密封正常，沒(méi)有竄油現(xiàn)象，那么，槳葉接力器的活塞被固定在當(dāng)前位置。

（6）調(diào)試中注意事項(xiàng)：當(dāng)槳葉控制操作電磁閥工作在關(guān)腔導(dǎo)通位置，壓力油進(jìn)入槳葉接力器關(guān)腔，槳葉接力器開(kāi)腔與回油相通，活塞往關(guān)方向移動(dòng)；當(dāng)控制操作電磁閥工作在開(kāi)腔導(dǎo)通位置，壓力油進(jìn)入槳葉接力器開(kāi)腔，槳葉接力器關(guān)腔與回油相通，活塞往開(kāi)方向移動(dòng)。進(jìn)而完成槳葉的開(kāi)關(guān)功能。

6 改造后仍需完善工作

（1）由于設(shè)備布置空間改變，重新安裝發(fā)電機(jī)集電環(huán)、短軸及刷架，必要時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)勵(lì)磁引出線重新做好絕緣處理；

（2）取消原有輪轂高位油箱，拆除時(shí)必須做好安全防護(hù)措施；

（3）新增加槳葉調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)及油壓裝置的使用運(yùn)行需要重新培訓(xùn)，安裝使用；

（4）由于泡頭內(nèi)設(shè)備布置改變，需調(diào)整泡頭內(nèi)樓梯安裝位置和增加調(diào)槳機(jī)構(gòu)防護(hù)罩。

7 結(jié)束語(yǔ)

從目前改造投運(yùn)的實(shí)際工況而言，采用高油壓調(diào)槳轉(zhuǎn)輪對(duì)四會(huì)白沙水電站原有的GZTF 08型轉(zhuǎn)輪進(jìn)行無(wú)油化改造后，出力正常高效，杜絕原有轉(zhuǎn)輪漏油污染環(huán)境的隱患，降低設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本，值的在同類(lèi)型貫流機(jī)組、軸流機(jī)組改造中推廣，同時(shí)由于輪轂腔無(wú)油化可以縮小轉(zhuǎn)輪體輪轂比，使新轉(zhuǎn)輪的出力更高，適合在新的設(shè)備生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。