廣蓄A廠機組導葉拒動分析與探討

【摘要】介紹了廣蓄A廠水泵水輪機導葉拒動的故障情況，對故障原因進行了詳細的分析，通過機組檢修確認故障的具體原因，并實施了相應的處理措施，為今后同類電廠處理類似故障提供參考。

【關鍵詞】導葉拒動；故障分析；導葉軸套

引言

廣州蓄能水電廠A廠（以下簡稱A廠）機組為高水頭、高轉速、大容量、可逆式機組，水泵水輪機由法國Neyrpic公司制造，裝機容量4×300MW，在南方電網中承擔調峰調頻和事故備用的作用。2009～2011年期間A廠機組共發生7次因導葉拒動而導致發電工況啟動失敗的故障，經過分析找到故障原因并進行了相應處理。本文對導葉拒動所發現的問題及產生原因做出分析，提出了相應處理方法，以對有相同問題的電廠有所幫助。

1、情況介紹

A廠機組導水機構導葉數量為20個，主要由接力器、控制環、拐臂、連板、活動導葉、上下套筒、導葉止推裝置組成傳動機構。導葉上中下軸套、拐臂連板銷軸套、調速環推拉桿銷軸套原設計均采用青銅滑動軸承，潤滑介質為鈣基潤滑脂（俗稱黃油），通過注油泵定期向各軸套注入。

隨著技術的發展，目前自潤滑軸套取代青銅軸套是各主機廠家的通用做法，自潤滑軸套主要有銅基鑲嵌自潤滑材料、纖維增強樹脂復合材料、雙金屬自潤滑材料三種類型。2002至2005年期間對1號～4號機組進行首次大修，期間逐年用法國ALSTOM公司提供的Orkot 纖維增強樹脂復合自潤滑材料（以下簡稱Orkot材料）將四臺機組導葉上中下軸套全部更換。拐臂連板銷軸套、調速環推拉桿銷軸套均更換為銅基鑲嵌自潤滑材料。

2、故障經過

2.1導葉拒動現象

四臺機組導葉上中下軸套更換Orkot材料后，前幾年機組運行正常。在1號機組大修6年后即2009年1月初在發電工況啟動過程中導葉拒動導致啟動失敗。查看記錄發現，機組在額定轉速25%的時間過長，當時導葉實際開度為2%，但導葉第一開度5%傳感器未收到信號。對比圖2和圖3可知，機組發電工況啟動導葉拒動時，開度在10%之前需要接力器開啟腔關閉腔之間有較大的壓差，開啟腔壓力為 5.0MPa 以上，關閉腔為 1.0MPa 左右，壓差為 4.0MPa 以上，即導葉受到的阻力較大；而機組發電正常啟動導葉開度在0%～10% 時的壓差為 1.5MPa左右 。

2.2導葉拒動后檢查處理

機組退備后導水機構在靜水狀態下操作一切正常，導葉接力器開啟腔與關閉腔壓力正常，導水機構傳動裝置的推拉板及拐臂連板外觀檢查未發現異常，導葉端面間隙正常。后1號機組陸續多次發生類似故障，故障后導水機構在靜水狀態下的試驗均正常。分析認為導水機構的阻力矩與接力器動作力矩處于臨界狀態，導水機構的阻力矩主要來自各傳動部件，為了減小這部分阻力矩，臨時處理措施是對傳動部件進行加注潤滑脂，以增加各部件間的潤滑效果，減少阻力矩。

3、原因分析

導葉拒動的原因應從兩方面進行分析，一是調速器液壓控制系統，二是導水機構的傳動機構。經過故障及檢查情況分析，結合導葉接力器可以正常建壓，認為調速器液壓系統工作正常；導葉拒動主要原因是傳動部件阻力矩及水力阻力大于接力器的動作力矩，由于導葉受到的水力阻力是基本不變的，所以導水機構的阻力矩是導致導葉拒動的主要原因，根據現場檢查情況進行分析導葉拒動的可能原因有以下五種：

1）調速器控制環與20個導葉拐臂的連板銷套及導葉止推環自潤滑性能下降，造成傳動力矩增大；

2）調速器控制環水平滑塊和側向滑塊磨損后自潤滑性能降低，增大控制環轉動的阻力；

3）調速器控制環與導葉拐臂之間存在高程差，使各連板產生憋勁，導致傳動力矩增大；

4）導葉止推環磨損較大導致導葉下沉（導葉下端面間隙為零），使導葉與底環抗磨板直接摩擦，增大導葉轉動力矩；

5）導葉上中下軸套產生抱軸現象，增大導葉轉動力矩。

4、處理過程

針對以上原因分析，A廠1號機組在2011年11月擴大性小修期間，制定相應的檢查及處理方案。

4.1導葉傳動部件檢查結果

1）對控制環與各連板進行解體，檢查測量各銷軸及銅基鑲嵌軸套，尺寸均滿足設計要求；導葉止推環自潤滑材料檢查正常；

2）對控制環水平滑塊和側向滑塊厚度進行測量，磨損量都在設計范圍內，鑲嵌的自潤滑材料完好，其它未見異常；

3）控制環與導葉拐臂之間的高程差都在圖紙范圍內；

4）導葉端面間隙正常；

5）導葉上中下軸套膨脹，內徑變小，部分軸套不同程度出現脫層、裂紋和鼓包等缺陷，如下：

4.2導葉拒動根本原因

Orkot導葉軸套材料膨脹，內徑變小，導葉軸套和導葉軸頸的總間隙減少，甚至出現軸套抱死導葉軸徑的情況。由于間隙縮小，以及上中下軸套不完全同心、導葉軸徑單邊受力等因素的影響，使得導葉軸頸與軸套間的摩擦力增大，導葉軸頸轉動時把軸套材料擠壞，導致軸套出現脫層、裂紋、鼓包等缺陷。這些問題使導葉轉動阻力矩大于接力器動作力矩，最終造成導葉拒動故障。

廠家提供的資料中，Orkot材料的吸水膨脹率為不大于1‰，按照A廠軸套雙邊總壁厚30mm計算，其膨脹量最大應為0.03mm，即軸套內徑最大縮小0.03mm，但實際測量數據遠遠超過了0.03mm，且受力較大的上、下軸套變化最大。分析認為，Orkot軸套是由特殊的纖維材料卷壓而成，導葉長時間頻繁低速轉動時產生的荷載超出了其承受范圍，引起纖維層斷裂、松散，造成軸套膨脹的表象。

4.3處理方法

對表層損壞的軸套進行更換，其余軸套進行內徑加工，將導葉軸徑與軸套間隙控制在0.20～0.25mm范圍內，以保證導葉軸套五年內滿足運行要求。2011年處理后的導葉軸套，在2014年10月大修前運行正常。

5、建議

目前一些主機廠家在我國的電站項目中水輪機導葉軸套普遍使用Orkot自潤滑材料。鑒于廣蓄機組使用狀況，有以下建議：

1）在機組定檢時，對導葉操作接力器的壓力進行錄波，以觀察接力器開啟、關閉腔之間壓差，壓差值大于1.5MPa時，應引起足夠的重視；

2）對于使用Orkot自潤滑材料導葉軸套的機組，在運行5年后可進行導葉軸套抽檢，以確認軸套狀況；

3）使用Orkot自潤滑材料導葉軸套時，應適當增加導葉軸頸與軸套之間的間隙。

參考文獻：

（1）林柏雄.水輪機導水葉軸套材料與密封結構的改進[J].水電站機電技術，2000，（3）：52～54.

（2）李成家.水輪機導葉軸套材質及特點[J].青海電力，2001，（2）：4～6.

作者簡介：

雷煥基（1983-），男，工程師，從事蓄能電廠機組檢修及技術管理工作。

肖蘇平（1963-），男，高級技師，從事水電機電技術管理工作。