李黎

摘要：本文簡要介紹南歐江六級水電站2號機(jī)組頂蓋平壓管的組成，分析了引起平壓管漏水的原因的，并提出了對其進(jìn)行改造的設(shè)想和具體方案，以及其它電站類似問題的改造建議。經(jīng)過實(shí)踐證明，此方案有較高的合理性和正確性，希望本文對水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行過程中的類似問題有借鑒作用。

關(guān)鍵詞：頂蓋平壓管;漏水;原因分析;改造設(shè)想;方案;建議

概述

南歐江六級電站有3臺6萬千瓦的混流式機(jī)組，水輪機(jī)及其附屬設(shè)備由重慶水輪機(jī)廠制造，型號為HLJF3011-LJ-375，額定水頭60m，額定轉(zhuǎn)速為150r/min。3臺機(jī)組于2016年4月投產(chǎn)發(fā)電。頂蓋為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，為了減輕機(jī)組運(yùn)行中的軸向水推力以及減小頂蓋上的水壓力，提高推力軸承運(yùn)行的安全可靠性，在頂蓋開上設(shè)6個(gè)Φ160mm的管孔，通過6根Φ159*4.5mm的不銹鋼管與機(jī)坑上的預(yù)埋鋼管相連，整個(gè)連接為剛性法蘭螺栓連接。安裝結(jié)構(gòu)見圖：

1現(xiàn)象與原因分析

機(jī)組投運(yùn)后約半年后，3臺機(jī)組的平壓管均發(fā)現(xiàn)有漏水現(xiàn)象。漏水一方面導(dǎo)致頂蓋排水泵頻繁啟動，另一方面因?yàn)閭€(gè)別位置因?yàn)閲娝疄R落至剪斷銷上，造成水機(jī)保護(hù)誤動作，嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。經(jīng)過停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)，漏水部位主要為平壓管焊縫部位和平壓管水平段法蘭連接部位。初步分析焊接質(zhì)量和密封出現(xiàn)問題，隧關(guān)閉進(jìn)水口蝶閥和尾水閘門，將漏水的平壓管拆出，對開裂的焊縫嚴(yán)格按照不銹鋼鋼管焊接工藝進(jìn)行補(bǔ)焊，同時(shí)注意焊接應(yīng)力的消除，同時(shí)更換橡膠密封圈。但運(yùn)行一段時(shí)間后漏水現(xiàn)象又出現(xiàn)。為了排除母材對焊縫的影響，又對不銹鋼鋼管和90°彎頭進(jìn)行了更換，但是數(shù)月后焊縫仍然有開裂現(xiàn)象。排除焊接工藝和母材材質(zhì)影響后，分析引起平壓管漏水的原因主要有以下幾點(diǎn)：

（1）排水管連接方式的影響。排水管和頂蓋、機(jī)坑里襯之間采用法蘭螺栓連接，均為剛性連接。機(jī)組運(yùn)行過程中，由于水輪機(jī)頂蓋和平壓管本身的振動，連同焊接應(yīng)力的影響，易造成焊縫疲勞損傷，最終導(dǎo)致焊縫開裂，從而導(dǎo)致漏水。

（2）機(jī)組振動的影響。頂蓋與機(jī)坑里襯的振動方向和頻率、幅值不一致，以及頂蓋壓力脈動對頂蓋平壓管產(chǎn)生的軸向和徑向拉應(yīng)力的作用，所以即使機(jī)組振動值滿足運(yùn)行規(guī)范要求，但振動值較大時(shí)必然會加大排水管的疲勞損傷，使焊縫連接處出現(xiàn)開裂。2號機(jī)組噪音、振動較1號、3號機(jī)組稍大，出現(xiàn)平壓管漏水現(xiàn)象最早，焊縫開裂最嚴(yán)重就證明了這一觀點(diǎn)。

（3）由于頂蓋與機(jī)坑里襯之間作業(yè)空間狹小，平壓管需要現(xiàn)場配管后拿來焊接，法蘭與不銹鋼鋼管焊接時(shí)，其垂直度和水平度難免與機(jī)坑里襯和頂蓋泄壓孔上的法蘭不平行，為了不影響法蘭處的平面密封的密封效果，不平行處用螺栓連接時(shí)候必定產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，在長期受較大拉應(yīng)力的情況下，最終導(dǎo)致焊縫拉裂。

（4）法蘭面密封為橡膠密封，使用一段時(shí)間后，密封圈老化加上汛期水中泥沙含量較高，導(dǎo)致法蘭連接處漏水。

2改造設(shè)想

針對頂蓋平壓管漏水的原因，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況對頂蓋平壓水管的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。

（1）頂蓋平壓管在機(jī)組運(yùn)行時(shí)，針對頂蓋和機(jī)坑里襯的振動有一定的軸向、徑向自由度，必須用一定的方式補(bǔ)償或者抵消頂蓋和機(jī)坑里襯振動的不同向以及頂蓋壓力脈動引起的平壓管變形量。

（2）平壓管法蘭連接面密封既能密封，還能達(dá)到耐磨、不變形、長時(shí)間運(yùn)行不干縮，發(fā)生密封損壞時(shí)，能不排尾水管內(nèi)的的積水的情況下進(jìn)行更換。

（3）在不改變頂蓋原有其它部件位置和尺寸的基礎(chǔ)上，使用活動法蘭，使平壓管做到安裝方便，對準(zhǔn)法蘭螺栓孔時(shí)僅需轉(zhuǎn)動法蘭而不必旋轉(zhuǎn)管子使平壓管承受較大應(yīng)力，能較好的調(diào)整兩端法蘭連接位置，保證法蘭連接可靠，密封良好。

3改造方案

為了解決頂蓋平壓管漏水問題，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對原頂蓋與機(jī)坑里襯之間的平壓管管路結(jié)構(gòu)進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，提出了“翻邊活動法蘭+不銹鋼鋼管+金屬編織波紋軟管+翻邊活動法蘭”的改造方案，法蘭之間密封采用金屬纏繞柔性石墨墊圈密封。

（1）拆出原平壓管，切除原平壓管水平段部分（切除長度根據(jù)翻邊活動法蘭垂直翻邊的長度和金屬軟管的總長度計(jì)算確定），切除平壓管豎直段上的法蘭。

（2）將翻邊活動法蘭分別與機(jī)坑里襯和頂蓋上泄壓孔上的固定法蘭用雙頭螺桿固定（配置金屬纏繞石墨墊圈），將翻邊活動法蘭垂直翻邊、金屬軟管（長度為500mm）、不銹鋼管點(diǎn)焊固定牢固。

（3）松開活動法蘭上的連接螺栓，將點(diǎn)焊固定過的平壓管拆出，將連接處的焊縫用氬弧焊進(jìn)行焊接（氬弧焊能有效減少焊接應(yīng)力）。

（4）將金屬纏繞石墨墊圈放置于頂蓋泄壓孔上，然后將平壓管豎直段上的翻邊活動法蘭與頂蓋泄壓孔上的固定法蘭用雙頭螺栓連接固定。最后將機(jī)坑里襯上的固定法蘭與平壓管水平段的翻邊活動法蘭連接。因翻邊活動法蘭的法蘭盤片可以任意角度旋轉(zhuǎn)，螺栓連接時(shí)候可以輕松對準(zhǔn)螺栓孔，保證了平壓管不會處于扭曲和受力狀態(tài)。螺栓緊固時(shí)注意對稱均勻受力，以免金屬纏繞石墨墊圈變形。

金屬編織波紋軟管有兩層結(jié)構(gòu)，內(nèi)部為不銹鋼波紋管，外襯金屬編織軟管，此方案充分考慮到了頂蓋平壓管對柔韌性、伸縮性、彎曲性和抗振能力強(qiáng)。新結(jié)構(gòu)方便檢修，一旦發(fā)生平壓管漏水或滲水時(shí)，也不需要排除尾水管的積水，就可以很方便地更換法蘭間的密封，維護(hù)量小，而且金屬編織波紋軟管在運(yùn)行中可以允許在小范圍自由伸縮和變形。

4有關(guān)建議

基于南歐江六級電站的頂蓋平壓管頻繁漏水這一事件，為避免水輪機(jī)頂蓋平壓管漏水導(dǎo)致停機(jī)影響發(fā)電企業(yè)效益，特提出以下建議：

4.1合理選擇平壓管和機(jī)坑里襯連接方式：較多水輪發(fā)電機(jī)組頂蓋平壓管與機(jī)坑里襯的連接方式均為剛性連接，機(jī)組振動及水流壓力脈動造成的管路振動無法消除時(shí)，將加劇管路焊縫的疲勞損傷，從而導(dǎo)致焊縫破裂、管路漏水。特別是機(jī)組振動較大時(shí)，剛性連接的弊端將會更加明顯。所以建議頂蓋平壓管與機(jī)坑里襯間采用軟連接，如可以承受一定壓力的金屬軟管，以便于管路振動能夠得到及時(shí)有效的消除。但此時(shí)應(yīng)注意軟連接管的材質(zhì)，軟連接管應(yīng)具有良好的可塑性、耐腐蝕性和足夠的強(qiáng)度、硬度，同時(shí)也需具有較好的抗拉強(qiáng)度。

4.2加強(qiáng)機(jī)組振動的監(jiān)視：機(jī)組運(yùn)行過程中發(fā)電機(jī)上、下機(jī)架以及頂蓋等部件振動的監(jiān)視是一項(xiàng)常規(guī)工作內(nèi)容，當(dāng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動明顯偏大時(shí)，即使振動值仍在規(guī)范要求范圍之內(nèi)，也需認(rèn)真分析引起振動值增大的原因并盡可能的進(jìn)行處理，以免對頂蓋平壓管造成不利影響。

4.3合理選擇排水管材質(zhì)：由于各水電站所處河流泥沙含量不盡相同，機(jī)組日常運(yùn)行中止漏環(huán)漏水對頂蓋平壓管的沖刷磨損影響程度也有大有小。特別是機(jī)組制造商所選擇管路材質(zhì)達(dá)不到要求時(shí)，需根據(jù)電站所處河流泥沙含量情況選擇合理材質(zhì)及壁厚的平壓管進(jìn)行更換。

水輪發(fā)電機(jī)組頂蓋排水管漏水如果因平壓管材質(zhì)或平壓管連接方式不合理導(dǎo)致的漏水現(xiàn)象，可以通過更換平壓管、增加軟連接管等方式進(jìn)行解決;如果因機(jī)組振動較大等原因造成排水管漏水，則極大可能需要通過機(jī)組大修才能徹底消除漏水缺陷。

5結(jié)語

頂蓋平壓管在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中承擔(dān)著排除水輪機(jī)上止漏環(huán)漏水等作用，平壓管漏水會導(dǎo)致機(jī)組被迫停運(yùn)，嚴(yán)重時(shí)將導(dǎo)致水淹機(jī)組。本文通過對南歐江六級水電站2號機(jī)組頂蓋排水管漏水原因的進(jìn)行了分析，提出了相應(yīng)的處理方法和相關(guān)建議，2號機(jī)組頂蓋平壓管改造后運(yùn)行穩(wěn)定，經(jīng)過半年多的運(yùn)行情況看，改造效果明顯，沒有焊縫拉裂或者密封破壞引起的漏水現(xiàn)象，充分證明了此方案的科學(xué)性，達(dá)到了預(yù)期的效果，減少了日常維護(hù)量，也提高了機(jī)組的可靠性和穩(wěn)定性。后續(xù)兩臺機(jī)頂蓋平壓管將結(jié)合C級檢修工作，全部按照此方案進(jìn)行改造。希望本文亦能對水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過程出現(xiàn)類似問題的處理有些許借鑒作用。