陜西文涇多泥沙電站水輪機改造

蒲長青 周 揚 王 華 梁艷來

（東方電氣集團東風電機有限公司，四川 樂山 614802）

0 引言

水輪機是利用水的動能和勢能轉變成機械能的裝置。水流經過攔污柵、進水閘門、引水管進入水輪機蝸殼，通過蝸殼將水均勻引入導水機構并形成一定的環量。根據運行的需要，通過導水機構能控制水輪機的啟動、停機，供給水輪機需要的流量及環量，使水流均勻地進入水輪機轉輪，進而將水的勢能及動能轉變成旋轉的機械力矩，通過主軸傳到發電機。水輪機的導水機構及轉輪做為重要的通流部件，其好壞直接影響機組運行的穩定性、出力及效率。對于過機泥沙含量大大高于平均值的陜西文涇電站來說，水流對導水機構及轉輪等通流部件的沖蝕磨損極為嚴重，故其抗磨蝕性能和結構優劣直接關系到機組的檢修周期、使用壽命及經濟效益。電站主要參數如下：

最大水頭Hmax(m) 112

額定水頭Hr(m) 106

最小水頭Hmin(m) 97

額定流量Qr(m3/s) 16.964

額定功率Pr(kW) 16670

額定轉速Nr(r/min) 500

飛逸轉速Nr(r/min) 856

多年平均含沙量(kg/m3) 145.9

電站實際清水期過機泥沙含量(kg/m3) ≥100

電站實際過機泥沙含量(kg/m3) ≥200

2 機組運行狀態及改造原因

陜西文涇水電站裝有三臺16MW立軸混流式發電機組，2009年7月31日進入72小時試運行至機組被迫停機，1#機共運行39小時，2#機共運行74小時，3#機共運行77小時，至此72小時試運行失敗。檢查水輪機內部不僅有懸移質泥沙，還有大量塊移質（塊石）及樹枝等雜物。底環及轉輪止漏環磨損嚴重，轉輪葉片、導葉缺肉。究其原因，機組試運行期間遭遇洪水及汛期排污出現問題，過機含沙量遠大于500 kg/m3，導致實際過機含沙量遠大于設計值。2011年初，按照電站及公司要求對3臺機組的導水機構、轉輪及主軸密封等進行全面的改造。

圖1 底環磨損情況

圖2 轉輪磨損情況

圖3 導葉磨損情況

3 改造方案及措施

3.1 為有效降低底環與轉輪之間漏水量，同時增加導水機構與轉輪的抗磨性能，在低環改造過程中加長了下止漏環的高度，由原來的55mm增加至85mm。

3.2 頂蓋、底環抗磨板為強化抗磨性能，針對電站泥沙含量大、顆粒細、硬度高等泥沙特性，抗磨板不再采用金屬抗磨板，根據多個多泥沙電站抗磨經驗，抗磨板采用非金屬材料超高分子聚乙烯抗磨板，乙烯抗磨板采用螺栓把合結構，把合在底環和頂蓋上，抗磨板把合后，把合孔采用與抗磨板相同材料的螺紋堵頭使用專用密封膠封堵。

圖4 改進后導水機構結構

3.3 結合電站實際使用情況，鑒于原壓墊環結構時，由于泥沙含量高、水流速度快，壓墊環損壞嚴重，為有效避免高速水流直接沖擊壓墊環同時損傷導葉軸頸，導葉采用了只有高水頭機組才使用的大端面結構，該結構可有效避免高速水流直接沖擊導葉軸頸，起到有效保護導葉軸頸的作用同時保護導葉端面和頂改底環抗磨板的作用。

3.4 由于采用導葉止推壓墊環將造成壓墊環直接受水流沖擊，且無論采用何種把合結構，都會將壓墊環暴露在水流中，同時頂蓋、底環抗磨板均會有較大的開孔以便把合壓墊環。為了避免因采用壓墊環而加劇機組的損壞，在計算了導葉的最大浮力小于導葉重量的前提下，設計時取消導葉止推壓墊環，有效減少過流零面磨損。

3.5 原頂蓋排水管采用焊接結構，焊接位置位于水管轉彎位置，導致電站使用的排水管在使用過程中，水管轉彎處焊縫被水流掏空以至無法正常使用。在本次更改過程中將焊接結構更改為熱彎結構，焊縫位置布置在水管直管段，有效避免在水流在轉彎處對焊縫的損壞，延長使用壽命。

3.6 由于本電站泥沙含量大、水頭較高，在機組運行一段時間后，頂蓋壓力增高以至電機推力瓦溫在機組運行一段時間后逐步增高。在機組改造過程中增加了頂蓋排水管數量（由原來設計時間的4根更改為6根），同時對轉輪泄水孔直徑由原來的Φ30擴為Φ50。有效地在轉輪使用時間內降低了頂蓋壓力，保證機組使用安全。

3.7 為了便于電站安裝，結合電站前期安裝經驗，將頂蓋與座環把合孔直接更改為腰形孔以方便電站安裝和調整。

3.8 電站在運行一段時間后，由于止漏環漏水量加大，主軸密封漏水量隨之加大，導致甩水環甩水嚴重，機坑內水花四濺，在改造過程中對主軸密封轉環裝配進行了更改，增加護罩,防止甩水、濺水。

4 結語

經過改造后的文逕電站1#機導水機構在電站運行時間近2年，通過的高泥沙汛期的檢測，2012年2月底電站對1#機組進行了檢修。經過改造后的導水機構，頂蓋和底環抗磨板完好如新；水輪機導葉通過1年的運行，僅出現了細微的磨損；頂蓋排水管改造后效果明顯；主軸密封改造后不再出現甩水和濺水情況，業主通過現在的使用情況表示可以僅在2年后更換導水葉和轉輪，可以節約大量資金和檢修時間。

文逕電站改造后的技術方案可作為我公司后續多泥沙項目提供設計參考，其結構可以廣泛運用于多泥沙和高泥沙含量電站，具有很強的適用性和推廣性。

［1］王志高.我國水機磨損的現狀和防護措施的進展[J].水力水電工程設計,2002

［2］顧四行.新疆塔尕克水電站水輪機泥沙磨損及應對措施[J].水電站電機技術,2009.