雅瑪渡水電站轉輪護罩損毀故障原因分析及處理方案

【摘要】本文就雅瑪渡電站投運初期，水輪機轉輪護罩運行過程中出現的問題。由于轉輪護罩在機組運行過程中主要保護主軸與轉輪聯接螺栓的作用，對運行機組的安全運行我檢修技術人員對其運行過程中存在的技術問題進行分析，并提出解決方法。

【關鍵詞】法蘭護罩；主軸密封；檢修密封；空氣圍帶；泵板；原因分析；措施

概述

雅瑪渡水電站位于新疆伊犁哈薩克自治州鞏留縣境內，工程位置距自治區伊寧市71km，距鞏留縣縣城30km。雅瑪渡水電站主要建筑物有分水閘、引水渠、排冰閘、壓力前池、溢流堰、泄水槽、壓力管道、電站廠房、尾水渠。引水渠長6209m，尾水渠長2375m，壓力管道長2020m。電站壓力前池正常運行水位858.30m，電站裝機容量132MW。水電站工程等別為III 等，工程規模為中型。

電站設計水頭154.3m，設計引用流量100m3/s，年發電量6.68 億kW·h，年利用小時數5061h。

雅瑪渡水電站水輪發電機組為立軸混流式水輪發電機組，機組額定轉速428.6r/min。水輪機型號HLA855-LJ-196，額定出力45.36MW；發電機型號SF44-14/4450，額定容量44MW；水輪發電機組由福建南電股份有限公司制造，水輪機進水閥型號2500YYZ-3，由湖北洪城機械股份有限公司制造。

1、故障問題描述

雅瑪渡水電站渠道排水過程中，凌晨8點左右發現水車室有少量煙霧，運行人員將1號機組停機。由于停機時間長、上位機報導葉錯位，運行人員采取了關閉蝶閥的措施。

停機后檢修人員檢查了監控模擬量水導冷卻器流量、油位、擺度、瓦溫等。水導油位正常，水導冷卻器流量正常、瓦溫最高54℃，水導擺度最大值0.19mm，兩項數據均未到報警停機數值。

2、故障問題檢查方向

2.1）壓力鋼管排水檢查蝸殼；

2.2）檢查導葉立面間隙；

2.3）檢查轉輪迷宮間隙；

2.4）檢修密封檢查。

2.5）頂轉子檢查

3、檢查結果

3.1）進入蝸殼內檢查發現大量雜物，由于一根短木卡在兩個活動導葉之間造成16號導葉拐臂錯位剪斷銷剪短。

如圖一：導葉間卡的短木；

3.2）檢修人員隨即更剪斷銷；

3.3）檢修人員將導葉全開對轉輪下冠與底環用塞尺檢查間隙發現間隙增大實際測量單邊3.2mm（廠家圖紙設計轉輪下冠與底環單邊間隙要求1.6-1.8mm）超出設計要求數值。

3.4）檢修人員頂轉子操作檢查，發現轉子無法正常頂起，經分析決定對機組水導軸承、轉動油、工作密封等設備進行拆解檢查，拆解后發現水輪機軸法蘭與轉輪連接螺栓保護罩損毀，空氣圍帶燒毀，空氣圍帶上盒、下座變形情況嚴重。

如圖二：法蘭護罩嚴重損毀變形；

如下圖三：法蘭護罩損毀的剩余上平面；

如圖四：法蘭護罩立面損毀卡在頂蓋和法蘭之間；

4、故障原因分析

4.1）原因之一由于春季融雪性洪水造成渠道內大量泥沙，運行工況較差，轉動設備磨損嚴重。

如下圖五：1號機組前池泥沙堆積；

4.2）原因之二法蘭護罩設計要求組合面螺栓使用高強度8.8級，M20螺栓4顆。實際安裝時使用了4.8級、M12螺栓4顆螺栓無法滿足設計要求強度；也是導致法蘭護罩損毀原因。

5、處理方法

5.1.經過討論制訂檢修方案，考慮檢修時間長會造成冬季渠道流水量小渠道水面結冰的危害，如果拆除發電機設備吊出轉子來完成檢修任務需要25天，為了減少機組拆解任務、又能安全可靠的恢復檢修后機組安全運行，制訂發電機設備不拆卸，只針對水輪機頂蓋上附屬設備拆解，將頂蓋吊起足夠檢修空間后更換法蘭護罩只需要15天大大縮短了檢修工期；

5.2.頂蓋加控制環總重量7T，為保證檢修任務中安全施工，使用安全系數大的4臺5T吊葫蘆掛在下機架對稱4個方位將頂蓋吊吊起1.2米便于檢修。為防止導鏈長時間吊重物產生疲勞斷裂，保障安全措施將使用3根Φ60mm長1.2m的鋼管垂直支撐在頂蓋下方，預防導鏈疲勞斷裂造成頂蓋下滑防墜落措施。

5.3.頂蓋擋污上由于機組在轉動中法蘭護罩高溫板融化后的凝固形成的高點，打磨處理。

如下圖六：頂蓋擋污環；

5.4.水輪機軸法蘭外圓一圈水平方向磨損15-18mm，垂直方向磨損80-90mm，上有卷邊。法蘭直徑變小，正常安裝法蘭護罩無法滿足強度

如下圖七：法蘭磨損部分加固前

6、法蘭護罩安裝方案；

6.1、預裝法蘭護罩，使用深度尺測量測量護罩與軸之間4個方位的中心距離，定位護罩中心確保與轉輪同心度。

6.2、使用框式水平儀檢查轉輪主軸與護罩立面四個方位的垂直度；

6.3、確定護罩中心水平高程后，在法蘭外外徑與法蘭護罩內徑之間，加焊14mm圓鋼進行焊接，保證護罩的整體強度。

7、具體焊接工藝如下；

7.1、使用507材質焊條3.2mm，通過烘箱加熱；

7.2、護罩與法蘭之間間隙5-8mm，使用14mm圓鋼焊接在法蘭立面整圈焊接，然后吊起護罩，將14mm圓鋼內徑焊接，保證圓鋼焊接強度，焊接過程保證母材溫度不宜過高防止變形。

7.3、將法蘭護罩立面與14mm圓鋼焊接處打磨平整，防止法蘭護罩與空氣圍帶盒間隙產生高點造成間隙過小產生的二次危害。

7.4將法蘭護罩落下調整中心、水平保證在0.50mm以內，確保機組轉動時法蘭護罩擺度小。

7.5、緊固法蘭護罩上的12顆平頭螺栓，螺帽點焊，

7.6、將護罩立面與14mm圓鋼對稱分段焊接，增強法蘭護罩旋轉時的整體強度。

如下圖八：法蘭護罩焊接加固

7.7、復查法蘭護罩與主軸軸領中心不得超過0.50mm。

7.8、使用深度尺檢查法蘭護罩與軸領直徑的距離，測得數據如下，同心度對稱點未超過0.30mm滿足要求；

7.9回裝空氣圍帶盒、空氣圍帶、工作密封、轉動油盆、水導瓦座、水導瓦等設備按廠家設計要求進行回裝，保證安全運行；

運行前后水導瓦溫、擺度數據如下表；

檢修后水導瓦溫、擺度符合設計要求；

8、轉輪連接螺栓法蘭護罩損毀原因分析如下：

渠道引水式機組前池由于未能按時排沙造成前池堆積大量泥沙對機組轉動部分磨損較大；

法蘭護罩螺栓安裝中未按設計要求使用高強度螺栓是造成這次法蘭護罩損毀的主要原因。

9、結束語

以上內容分析電站運行初期水輪機轉輪在運行過程中存在的問題，并提出了解決方法，通過長期運行觀察目前水輪機在運行過程中能保證安全、可靠、穩定運行，同時縮短了檢修工期，保障了經濟效益。通過以上問題反映出渠道排水過程中對發電機組的危害，同時也反映了泥沙對機組安全運行產生的重大影響。

參考文獻：

[1]朱淑萍主編《機械加工工藝及裝備》北京：機械工業出版社，2002

[2]楊可貞主編《機械設計基礎》北京：高等教育出版社，2005

[3]吳宗澤主編《機械設計課程設計手冊》[M]北京：高等教育出版社，2006

[4]陸昌輝主編《VRML入門與提高》[M]北京：北京大學出版社，2002

作者簡介：繆新建（1983-） 男，江蘇人，水輪機檢修班班長，工程師。研究方向：水輪機、調速器安裝、檢修維護。