沙灣水電站頂蓋排水泵的研究與改造

程海峰

(四川圣達(dá)水電開發(fā)有限公司,四川 樂山 614900)

1 概 述

目前使用中的大中型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)頂蓋排水多采用水泵排水,頂蓋積水主要來源于主軸密封漏水,一旦頂蓋排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障,主軸密封漏水不能排出,漏水進(jìn)入水導(dǎo)油槽后將很有可能釀成燒瓦的重大事故,既使不造成事故也需對(duì)水導(dǎo)進(jìn)行檢修。因此,一般水機(jī)配置了頂蓋水位過高的水機(jī)保護(hù)裝置,保護(hù)動(dòng)作于緊急停機(jī)。但是,我們更希望在機(jī)組運(yùn)行過程中將頂蓋水位控制在安全水位以下,以保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行,創(chuàng)造最大的效益。因此,對(duì)頂蓋排水泵的可靠性有很高的要求。沙灣水電站經(jīng)過技改,大大提高了頂蓋排水的可靠性,較為成功的解決了機(jī)組頂蓋排水問題,保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。

2 沙灣水電站頂蓋排水概況及存在的問題

沙灣水電站地處大渡河下游,實(shí)測最大含沙量為 27.5 kg/m3,裝有 4臺(tái) 120 MW ZZD345ELH-850型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī),機(jī)組年利用小時(shí)為 5015 h,水壓式端面主軸密封。主軸密封漏水中含有較多的泥沙,漏水量較大。每臺(tái)機(jī)組設(shè)有兩臺(tái)互為備用的頂蓋排水泵,頂蓋排水泵為 WFB型無堵塞無密封自控自吸泵(型號(hào):80WFB-A揚(yáng)程:28.5 m,流量:30 m3/h)。沙灣水電站頂蓋排水泵平均 13 min啟動(dòng)一次,每次運(yùn)行 2～3 min,頂蓋排水泵啟動(dòng)頻繁。從 2009年 3月電站首臺(tái)機(jī)組投運(yùn)以來,頂蓋排水泵故障率較高,故障發(fā)生時(shí)間隨機(jī)性強(qiáng),每臺(tái)頂蓋泵平均故障率為0.5次/月。為了滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求,我們?cè)陧斏w中增加了潛水泵作為備用。頂蓋排水泵故障時(shí),人為將頂蓋排水泵動(dòng)力電源引線拆除,接上潛水泵臨時(shí)排水。在運(yùn)行和維護(hù)人員的精心努力下,雖然目前還沒因頂蓋排水問題引發(fā)事故,但是已經(jīng)暴露出了很大的安全隱患,而且這種現(xiàn)狀浪費(fèi)人力,完全不能滿足水電站“少人值守、無人值班”的要求。

3 沙灣水電站頂蓋排水泵故障原因及改造選型思路

3.1 沙灣水電站頂蓋排水泵故障分析

沙灣水電站自吸泵不能抽水皆因其附件電動(dòng)空氣閥故障引起。電動(dòng)空氣閥的作用是在停泵的同時(shí)打開,讓空氣進(jìn)入管路,破壞吸水管路中的水對(duì)水泵中積水的虹吸作用,從而保證了在停泵后泵體中保留一定的水量,泵體中的存水為水泵下次啟動(dòng)抽水提供了必備條件。電動(dòng)空氣閥密封件為橡膠材質(zhì),暴露在空氣中易老化和進(jìn)入灰塵,在頻繁啟動(dòng)的情況下密封受損很快。一旦電動(dòng)空氣閥密封受損,在水泵下次啟動(dòng)時(shí)就不能可靠密封,從而導(dǎo)致空氣進(jìn)入吸水管路而使水泵抽不上水。若想提高電動(dòng)空氣閥的密封壽命是電廠很難做到的,我們?cè)谏碁乘娬靖鼡Q了不同品牌的產(chǎn)品,使用情況亦不樂觀。

3.2 對(duì)頂蓋排水泵的要求

頂蓋排水泵的使用環(huán)境和電力生產(chǎn)的特點(diǎn)決定了其在性能上必須具備以下優(yōu)點(diǎn):

(1)故障率低,可靠性高,故障處理時(shí)間短;

(2)能夠頻繁啟停;

(3)抗磨損、壽命長、能長期輸送泥沙含量較高的水。

3.3 沙灣水電站頂蓋泵的研究選型

沙灣水電站除兩臺(tái)頂蓋排水泵輪換啟動(dòng)、互為備用外,還預(yù)留了增加水泵用的排水管路,為加裝頂蓋排水泵提供了便利條件。沙灣水電站W(wǎng)FB型無密封、無堵塞自控自吸泵經(jīng)過一年多時(shí)間的運(yùn)行,水泵工作部件磨損很小,在實(shí)際運(yùn)行過程中也未發(fā)生卡死現(xiàn)象,故該泵主體部件能滿足頂蓋泵要求。我們考慮在對(duì)原來的泵進(jìn)行改造的基礎(chǔ)上增加一臺(tái)排水泵,力求做到既提高頂蓋排水的可靠性,又節(jié)省資金。經(jīng)過查閱大量資料和調(diào)研,我們進(jìn)行分析研究后的情況如下:

(1)受水輪機(jī)頂蓋結(jié)構(gòu)的限制,可靠性很高的液下泵和深井泵因無法安裝而不符合要求。由于其安裝空間小、出現(xiàn)故障后檢修不方便等原因,也排除了選用潛水排污泵作為永久性頂蓋排水泵的可能。

(2)比較了自吸泵和普通離心泵。普通離心泵需加引水并設(shè)置底閥,在頂蓋這樣的水淺且易淤積泥沙的環(huán)境,底閥故障率高,一旦底閥出現(xiàn)故障,水泵將不能正常工作,而且在狹小的空間內(nèi)檢修底閥相當(dāng)麻煩,故普通離心泵不適合作為頂蓋排水泵。自吸泵不需設(shè)置底閥,工作前吸水管內(nèi)不用充滿水(但泵體中必須有足夠的水),泵啟動(dòng)后本身能自動(dòng)排除吸入管內(nèi)的氣體,爾后進(jìn)入正常工作狀態(tài),從而消除了因底閥故障造成泵不能工作的隱患。剩下的問題就是如何保證泵體中一直存有足夠的水量供下次啟動(dòng)抽水用。

WFB型無密封自控自吸泵電動(dòng)空氣閥起到的是保持泵體中存水的作用,但因其故障率高,是否可以選用不帶電動(dòng)空氣閥的自吸泵呢?ZL型立式自吸泵和 ZX型自吸污水泵均不設(shè)電磁氣控閥。ZL型立式自吸泵為清水泵而被排除在外。ZW型自吸污水泵在吸水管路水平段設(shè)置了單向閥,達(dá)到了保留泵體中存水的目的,其自吸和排污特點(diǎn)很適合做頂蓋排水泵。但是,由于目前該類型的泵均為臥式布置,占用空間大,而沙灣水電站機(jī)組頂蓋中不具備其安裝空間。經(jīng)過以上比較分析,我們考慮廢除 WFB型無密封自控自吸泵的電動(dòng)空氣閥,采用外來水源給水泵加永久引水。

這種改造方法大大提高了頂蓋排水的可靠性,具體表現(xiàn)為:首先,由于廢除了底閥,減少了故障因素,在引水正常、水泵本體不出現(xiàn)故障的情況下,水泵都能正常工作;其次,既使自動(dòng)化元件故障、水泵不能正常停泵也不會(huì)發(fā)生抽空情況,水泵下次啟動(dòng)后仍能正常工作。其缺點(diǎn)為:由于水泵永久性引水為長流水,當(dāng)水泵腔體內(nèi)的水充滿后會(huì)隨吸水管流向頂蓋,從而增加了頂蓋排水量。

(3)新增加了一臺(tái)頂蓋排水泵,選用 WFB型無密封自控自吸泵的改進(jìn)型,即 WZL型無堵塞自吸泵。該類型的泵在 WFB型的基礎(chǔ)上增加了密封,在停泵狀態(tài)下,既使有壓力水源通向泵體內(nèi),水也不會(huì)從泵軸與泵殼間流出。結(jié)合 ZX型自吸污水泵的優(yōu)點(diǎn),在 WZL型無堵塞自吸泵的進(jìn)水管路水平段加裝了單向閥并向泵體內(nèi)引入永久性的引水,既保持了 WFB型自吸泵的優(yōu)點(diǎn),又避免了外加引水漏向頂蓋而造成的頂蓋漏水量的增加,而且可靠性很高。

4 沙灣水電站頂蓋排水泵改造實(shí)例

我們改造了沙灣水電站 4#機(jī)組頂蓋排水系統(tǒng)。增加了一臺(tái)泵(3#頂蓋排水泵型號(hào):80WZLA;揚(yáng)程:28.5 m,流量:30 m3/h),從機(jī)組技術(shù)供水總管取水作為 1#、2#、3#泵引水(引水流量的估算在此不作敘述),并在 3#泵吸水口管路上加裝了旋啟式不銹鋼單向閥。3#泵用單獨(dú)的動(dòng)力電源,啟動(dòng)指令由監(jiān)控發(fā)出,啟動(dòng)水位居于主泵和備用泵啟動(dòng)水位中間。

5 沙灣水電站頂蓋排水改造后的運(yùn)行情況

經(jīng)過 3個(gè)多月時(shí)間的試運(yùn)行,4#機(jī)組 3臺(tái)頂蓋排水泵運(yùn)行平穩(wěn),無異常聲響。各水泵排水量正常,未出現(xiàn)故障,頂蓋泵平均啟動(dòng)間隔為 12 min,運(yùn)行時(shí)間無明顯變化。改造后的沙灣水電站頂蓋排水泵可靠性得到了很大提高。