沙灣水電站頂蓋排水泵的研究與改造

程海峰

(四川圣達水電開發有限公司,四川 樂山 614900)

1 概 述

目前使用中的大中型軸流轉槳式水輪機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,一旦頂蓋排水系統出現故障,主軸密封漏水不能排出,漏水進入水導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水導進行檢修。因此,一般水機配置了頂蓋水位過高的水機保護裝置,保護動作于緊急停機。但是,我們更希望在機組運行過程中將頂蓋水位控制在安全水位以下,以保證機組安全可靠運行,創造最大的效益。因此,對頂蓋排水泵的可靠性有很高的要求。沙灣水電站經過技改,大大提高了頂蓋排水的可靠性,較為成功的解決了機組頂蓋排水問題,保證了機組的安全運行。

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,實測最大含沙量為 27.5 kg/m3,裝有 4臺 120 MW ZZD345ELH-850型軸流轉槳式水輪機,機組年利用小時為 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。每臺機組設有兩臺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:80WFB-A揚程:28.5 m,流量:30 m3/h)。沙灣水電站頂蓋排水泵平均 13 min啟動一次,每次運行 2～3 min,頂蓋排水泵啟動頻繁。從 2009年 3月電站首臺機組投運以來,頂蓋排水泵故障率較高,故障發生時間隨機性強,每臺頂蓋泵平均故障率為0.5次/月。為了滿足機組安全運行的要求,我們在頂蓋中增加了潛水泵作為備用。頂蓋排水泵故障時,人為將頂蓋排水泵動力電源引線拆除,接上潛水泵臨時排水。在運行和維護人員的精心努力下,雖然目前還沒因頂蓋排水問題引發事故,但是已經暴露出了很大的安全隱患,而且這種現狀浪費人力,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空氣閥故障引起。電動空氣閥的作用是在停泵的同時打開,讓空氣進入管路,破壞吸水管路中的水對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抽水提供了必備條件。電動空氣閥密封件為橡膠材質,暴露在空氣中易老化和進入灰塵,在頻繁啟動的情況下密封受損很快。一旦電動空氣閥密封受損,在水泵下次啟動時就不能可靠密封,從而導致空氣進入吸水管路而使水泵抽不上水。若想提高電動空氣閥的密封壽命是電廠很難做到的,我們在沙灣水電站更換了不同品牌的產品,使用情況亦不樂觀。

3.2 對頂蓋排水泵的要求

頂蓋排水泵的使用環境和電力生產的特點決定了其在性能上必須具備以下優點:

(1)故障率低,可靠性高,故障處理時間短;

(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

沙灣水電站除兩臺頂蓋排水泵輪換啟動、互為備用外,還預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WFB型無密封、無堵塞自控自吸泵經過一年多時間的運行,水泵工作部件磨損很小,在實際運行過程中也未發生卡死現象,故該泵主體部件能滿足頂蓋泵要求。我們考慮在對原來的泵進行改造的基礎上增加一臺排水泵,力求做到既提高頂蓋排水的可靠性,又節省資金。經過查閱大量資料和調研,我們進行分析研究后的情況如下:

(1)受水輪機頂蓋結構的限制,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置底閥,在頂蓋這樣的水淺且易淤積泥沙的環境,底閥故障率高,一旦底閥出現故障,水泵將不能正常工作,而且在狹小的空間內檢修底閥相當麻煩,故普通離心泵不適合作為頂蓋排水泵。自吸泵不需設置底閥,工作前吸水管內不用充滿水(但泵體中必須有足夠的水),泵啟動后本身能自動排除吸入管內的氣體,爾后進入正常工作狀態,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抽水用。

WFB型無密封自控自吸泵電動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置了單向閥,達到了保留泵體中存水的目的,其自吸和排污特點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,而沙灣水電站機組頂蓋中不具備其安裝空間。經過以上比較分析,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、水泵本體不出現故障的情況下,水泵都能正常工作;其次,既使自動化元件故障、水泵不能正常停泵也不會發生抽空情況,水泵下次啟動后仍能正常工作。其缺點為:由于水泵永久性引水為長流水,當水泵腔體內的水充滿后會隨吸水管流向頂蓋,從而增加了頂蓋排水量。

(3)新增加了一臺頂蓋排水泵,選用 WFB型無密封自控自吸泵的改進型,即 WZL型無堵塞自吸泵。該類型的泵在 WFB型的基礎上增加了密封,在停泵狀態下,既使有壓力水源通向泵體內,水也不會從泵軸與泵殼間流出。結合 ZX型自吸污水泵的優點,在 WZL型無堵塞自吸泵的進水管路水平段加裝了單向閥并向泵體內引入永久性的引水,既保持了 WFB型自吸泵的優點,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例

我們改造了沙灣水電站 4#機組頂蓋排水系統。增加了一臺泵(3#頂蓋排水泵型號:80WZLA;揚程:28.5 m,流量:30 m3/h),從機組技術供水總管取水作為 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#泵用單獨的動力電源,啟動指令由監控發出,啟動水位居于主泵和備用泵啟動水位中間。

5 沙灣水電站頂蓋排水改造后的運行情況

經過 3個多月時間的試運行,4#機組 3臺頂蓋排水泵運行平穩,無異常聲響。各水泵排水量正常,未出現故障,頂蓋泵平均啟動間隔為 12 min,運行時間無明顯變化。改造后的沙灣水電站頂蓋排水泵可靠性得到了很大提高。