百花灘電廠3號機組水輪機轉輪葉片拒動的處理

韓玉力

（中廣核洪雅百花灘水力發電有限公司，四川眉山620360）

百花灘電廠3號機組水輪機轉輪葉片拒動的處理

韓玉力

（中廣核洪雅百花灘水力發電有限公司，四川眉山620360）

百花灘電站3號機組突然出現強烈振動故障的分析，故障點的檢查、修復及難點和后期注意事項。

3號機組；水輪機；振動；葉片拒動；修復

0 概述

百花灘電廠屬河床式水電站，裝機容量3× 40 MW，采用軸流轉漿式水輪機，水輪機型號ZZJK508-LH-540，由樂山東風電機廠設計制造。轉輪主要由轉輪體、葉片、葉片密封裝置、葉片操作機構、葉片操作系統及泄水錐等組成。

2015年12月，電廠3號機組在低水頭、低負荷運行時，突然出現強烈的振動。經觀測，3號機組在低水頭和低負荷工況下振動現象突出，在高水頭和滿負荷工況下振動值正常；另外，相同工況下和其它2臺機組相比，3號機組導葉開度和耗水率均高于其它機組，且3號機組運行中有約2 MW負荷波動。結合各種現象，初步分析判斷為水輪機轉輪葉片失去協聯，即轉輪葉片操作機構出現故障。

2016年2月2日，電站檢修人員在布置安全措施后，開啟3號機組尾水進入孔對轉輪進行操作檢查，發現轉輪葉片拒動，葉片始終處于全開位置。

1 故障點的判定

首先，從轉輪5個葉片全部拒動和開度的一致性，排除操作架與葉片傳動機構故障的可能性。

其次，操作受油器輪葉開度指示正常，說明轉輪接力器工作正常，排除轉輪接力器以上部件故障的可能性。

排除以上2點后，確定故障點在操作架與轉輪接力器活塞的連接上，且存在以下4個可能點：

（1）操作架上部活塞桿斷裂；

（2操作架下端與活塞桿連接的套環及卡環脫落；

（3）操作架上端面活塞桿止口處斷裂；（4）卡環上端面或下端面活塞桿止口處斷裂。可能故障點示意如圖1：

圖1 故障點位置示意圖

根據結構和受力分析，4個故障點的可能性為故障點2＜故障點1＜故障點3＜故障點4。故障點4可能性最大原因為：此處為活塞桿直徑最小處（直徑240 mm，其余位置分別為320 mm和365 mm），且為受力集中點，另外，止口直角處沒有進行倒R角處理，直角處加工刀口易受力開裂直至截面減小后被操作力突然拉斷。

2 故障修復方案的確定

由于已判定葉片拒動故障點在轉輪體內部，電廠組織相關人員和廠家設計人員，提出以下幾種處理方案，并進行了對比分析（見表1）。

表1 方案對比分析

經研究討論，通過了C級檢修從尾水管搭建檢修平臺修復葉片拒動故障的可行性，并確定方案如下：

（1）搭建檢修平臺；

（2）拆卸泄水錐圍板和泄水錐Ⅰ段；

（3）從泄水錐Ⅱ段放油閥排除轉輪Q腔和大軸內的透平油；

（4）拆卸泄水錐Ⅱ段，檢查故障點位置，并根據故障點位置采用以下方案：

a卡環上端面或下端面活塞桿止口處斷裂。采用將操作架焊接固定在活塞桿上的方式。

b操作架上端面活塞桿止口處斷裂或者操作架上部活塞桿斷裂。這兩種情況均因空間受限不能進行修復，只能采取用外力將葉片拉至最優開度（如滿負荷時的開度），在轉輪體上焊接擋塊，使轉輪定槳運行。

c操作架下端與活塞桿連接的套環及卡環脫落。此情況僅需將卡環和套環回裝即可。

3 故障點的檢查情況

經布置安全措施和搭建檢修平臺，順利從泄水錐開始拆卸，后檢查出活塞桿從卡環下端面止口直角處逐漸開裂，當截面減少至約1/6時受力突然斷裂，造成操作架失去拉力，葉片不能往關方向動作。

4 故障的修復

修復結構示意如圖2：

圖2 修復結構

采用方案a進行修復。首先，在活塞桿卡環段上套入30 mm厚止推法蘭盤，在活塞桿下端焊接T型鋼板，調整好法蘭盤位置后，用2只千斤頂將法蘭盤頂緊，使操作架貼合緊密，然后對法蘭盤內圓與活塞桿進行堆焊。再在法蘭盤下端的活塞桿上軸向焊接10塊三角形筋板，加固法蘭盤與活塞桿的連接。

另外，通過操作架的空隙進行施工，在操作架上端面與活塞桿焊接10塊筋板，強化了操作架與活塞桿的連接。

1）修復受力計算：

活塞直徑：φ1 250 mm；活塞桿直徑：φ365 mm；

活塞桿卡環直徑：φ240 mm；活塞工作油壓：40 kg/cm2；

卡環處的拉力：

P=40×（125^2-36.5^2）×π/4=449 020 kg

卡環處的拉應力：σ=P/（π/4×24^2）=992.6kg/cm2

2）操作架修復情況：

上部：活塞桿與操作架用10個90mm×90 mm× 20 mm的三角板相焊，焊縫高度為10 mm；

下部：用一個φ400/φ255×30法蘭盤與活塞桿及操作架相焊，再用10個70 mm×90 mm×20 mm的三角板與法蘭盤及活塞桿相焊，焊縫高度為10mm；三角板及法蘭盤所用材料均為Q235-A；

3）上部筋板能承受的拉力為：

考慮焊縫的允許拉應力為1 500 kg/cm2（焊縫材料的拉斷應力大于2 350 kg/cm2）

單個筋板作用面積：F=9×2=18 cm2。

10個筋板作用力：P=10×F×1 500=270 000 kg；

4）下部筋板能承受的拉力為：

考慮焊縫的允許拉應力為1 500 kg/cm2（焊縫材料的拉斷應力大于2 350 kg/cm2）

單個筋板作用面積：F=9×2=18 cm2

10個筋板作用力：P=10×F×1 500=270000 kg；

5）上下筋板合力為：270000+270000=540000kg＞449 020 kg。

該計算還未計入法蘭盤所受的力，因此該處理方案是完全能滿足受力要求的。

5 故障修復的主要難點

（1）檢修平臺的搭建難度大。平臺跨度約6 m，且需承重2 t多，結構須較正常檢修平臺更牢固。此次整個平臺的搭建耗費約4 d時間，先用腳手架從尾水管底部層層往上搭建高約10 m的輔助平臺，然后通過輔助平臺架設承重平臺。承重平臺用120槽鋼對焊后搭建成井型架，并加以輔助加固措施。

（2）焊接工藝水平要求高。由于主要受力部件多為仰焊、堆焊，且空間位置不便于施工，如果焊接質量差則易造成受力損壞。此次焊接工作外委專業焊工按照標準工藝流程完成。

6 后期的注意事項

（1）3號機組后期進行A修作業時，轉輪體拆卸工作難度將增大，拆卸操作架需進行大量的刨除作業。

（2）另外2臺機組雖在近期A修工作中對活塞桿探傷檢查未發現異常，但由于活塞桿止口處加工缺陷，不排除其發生斷裂的可能性，運行中應加強對機組振動的監測。

7 結語

百花灘電廠3號機組通過C級檢修拆卸轉輪泄水錐，順利完成了輪葉拒動故障的修復，目前機組運行穩定。此次修復工作共計12個工作日，投入人工約50個工時，相比A級檢修節約了大量的人力、財力及工期，且達到了機組安全穩定運行的目的，為后期的檢修工作積累了寶貴的經驗。

[1]東風電機廠.ZZJK508-LH-540水輪機裝配圖[Z].

[2]DL/T 838-2003發電企業設備檢修導則[S].

[3]DL/T817-2002立式水輪發電機組檢修技術規程[S].

TK730.8

B

1672-5387（2017）02-0028-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.02.009

2016-09-07

韓玉力（1981-），男，工程師，從事水電站機械設備檢修工作。