大型軸流轉槳式水輪發電機組轉輪檢修工藝的優化措施分析

魏名盛

摘要：目前在國內水電事業中應用到的軸流式水輪機主要有定漿式和轉漿式兩類，其中轉漿式水輪機的轉輪葉片能夠根據水頭和流量的變化進行轉動使水輪機能夠保持較高的效率，所以應用的最為廣泛，在下面文章里，我們將針對水輪機轉輪的檢修工藝的優化措施進行探討分析。

關鍵字：軸流轉漿式；轉輪結構；檢修工藝；優化措施

隨著水電事業的大力發展，我國目前的總裝機容量已經處于世界第一的地位，目標在2020年達到3.8億千瓦，有效了解決我國電力緊缺的狀況。水輪機作為水電機組中最重要的設備，其運行維護質量直接影響著整個機組的安全穩定運行，尤其是在長期持續運行情況下，其檢修工作質量就顯得更為重要。軸流轉漿式水輪機目前在水電機組中應用最為廣泛。在下面這篇文章里，我們主要是針對軸流轉漿式水輪機轉輪的檢修工藝進行分析，并針對轉輪漏油問題的工藝改造進行探討。

一.軸流轉漿式水輪機轉輪結構

軸流轉漿式水輪機的葉片和導葉可隨著工況的變化而變化，形成最優的協聯關系，有效的提高了水輪機的的平均能源轉化效率，擴大了運行范圍，還能獲得了穩定的運行特性，是非常值得推廣的一種機型，在很多水域都有很好的應用表現，如水口電站單機20萬KW、葛洲壩水電站上單機17萬KW和12.5KW的機組就是軸流轉漿式水輪機。轉輪作為水輪機最重要的部分，主要是由葉片和輪轂兩部分組成，其葉片表面為曲面，圓柱斷面為翼型，根部較厚邊緣較薄，葉片的數目主要是根據水頭的大小來確定，一般是4-8片，葉片的轉角一般在-15—+20之間。葉片的轉動機構裝在輪轂內，其動作是同調速器自動控制的，下圖1位軸流轉漿式水輪機結構的簡圖：

圖1 軸流轉漿式水輪機結構的簡圖

通過對圖1的分析，我們可以看到其內部充滿了油，利用油壓來驅動葉片操作機構對葉片進行調整，從而達到最佳運轉效率，為了防止漏油，密封是檢修工作的重點。

二.檢修工藝

在對水輪機轉輪進行檢修使，具體的主要工作包括下列幾項：

2.1轉輪內軸套更換

為滿足長期運行需求，對轉輪內軸套的要求是能承受低速重載荷、優秀的耐磨性、采用離心澆筑、內部致命缺陷少，在此我們選用高強度銅合金材質的軸套，為了保證軸套能按期正常加工、裝配，在軸套制作時根據隨機附帶的尺寸再增加足夠余量。軸套的固定我們選用冷套加打騎縫螺釘的方式，這樣能夠有效增大軸套的可靠性，保證其長期運行而不會發生變形移位。

2.2葉片密封更換（金屬密封和橡膠密封）

在對葉片進行密封時宜采用金屬密封+橡膠雙向密封的方式，對密封件的尺寸同樣需要做好余量以便于保證密封效果，在密封安裝時，應嚴格按照相關作業指導書進行。

2.3活塞桿密封更換

在對密封壓環進行選擇時應充分考慮設計過程中存在的誤差，在新的密封壓環上留有加工余量，便于實測后保證相關尺寸。

2.4活塞缸、活塞、活塞環修復

對于損傷不嚴重的，可沿用原來的活塞環，在對其進行打磨、調整位置后再次使用；對于活塞、活塞缸則是根據損傷情況進行局部補焊、打磨的方式進行修復后使用。

2.5輪轂修復

長時間運行情況下，輪轂過流面容易出現了大量空蝕，主要是集中在漿葉進出水邊附近，在檢修時，可通過補焊不銹鋼，再打磨來進行修復。

2.6主要螺栓無損探傷檢查；

為了保證葉片螺栓、主軸聯接螺栓等重要螺栓、螺母良好性能，在檢修時應采用超聲波檢測、液體滲透檢測相結合的方式對螺栓進行無損探傷，對于損傷嚴重無法繼續使用的螺栓，應及時設計、制作。

2.7漿葉操作機構修復；

在檢修過程中發現在拐臂、連桿等部件均存在以下問題：油漆長期在輪轂油中浸泡導致漆面起泡、脫落，油漆進入油系統造成污染；由于軸套磨損嚴重，各部件偏離設計位置，導致非接觸面受到擠壓產生大量劃傷。在檢修時應對油漆面進行打磨并進行防銹處理；對于劃傷面要進行補焊、打磨，恢復其應有的粗糙度和平滑度。[1]

三.轉輪漏油問題檢修優化措施

轉槳式水輪機在運行中需要轉動葉片以適應不同的工況，當其葉片操作機構動作時，相關轉動部件及其支持面間需要足夠潤滑，所以在轉輪體內是充滿了具有一定壓力的壓力油。在轉輪轉動時，其體外是高壓水流，為了防止水流進入轉輪體內部和防止轉輪體內部的油向外滲漏，在葉片與轉輪體的接觸處必須采取密封措施。大量的運行實際經驗證明轉輪葉片密封結構性能的好壞直接影響著機組的正常運行。水輪機的液壓操作油系統是一個閉環系統，正常情況下只有極少量允許泄漏的油。通過對多起轉輪漏油問題的分析發現，轉輪漏油的原因主要是以下幾個方面：

1）轉輪葉片密封結構設計不合理，及運行中輪轂體變形；

2）密封圈材質、設計、尺寸、壓制工藝、老化、變形等；

3）頂緊環變形發卡，頂緊彈簧受壓不均；

4）葉片軸瓦不同心、軸瓦材料不良、軸瓦磨損；

5）葉片軸頸粗糙度大、磨損掛傷；

上述原因中密封導致的漏油最常見也最嚴重，軸流轉槳式水輪機葉片密封裝置通常由密封壓板、密封盤根、頂起環、彈簧等部件構成。頂起環由彈簧頂起，和外部的密封壓板共同夾住中間的盤根，使之發生輕微變形，緊緊與槳葉根部的光滑配合面可靠接觸，從而達到嚴密的密封效果。目前國內常用的密封盤根截面有X形、V形、λ形，或是由其中兩種型式共同組成。盤根處于內側頂起環和外側密封壓板之間，在二者的擠壓力下盤根具有自補償效果。當機組運行了一段時間后，密封盤根部分即使發生輕微磨損，盤根也能通過輕微變形來繼續保持良好的密封效果。

在對轉輪進行檢修時，按照正常程序，應當是先分解密封的壓板，壓板解除后分解葉片。傳統的工藝是用電鉆在密封壓板螺栓上部的鉛封打孔，再用扁鏟將鉛封剔除，操作復雜、緩慢、效果差，其中內六角螺栓頭部的鉛更難去除。在螺栓分解時，殘留的鉛末還會阻擋螺栓的退出。導致扳手和螺栓都會出現損傷，甚至需要通過焊接的方式才能將螺栓取出。

針對傳統檢修工藝中存在的弊端，改進措施主要有兩個方面，一是鉛封的處理，可利用氣焊使其融化；二是將頂起環的固定螺栓頭部車制倒角，這樣在保證密封效果的同時還能有效避免螺栓頭部對盤根內部的損傷，進而延長盤根使用壽命。從而在一定程度上延長了盤根的使用壽命。w

結束語

興修水利，利國利民。如何更好的發揮水利工程的功效非常重要，水利發電能夠有效利用自然資源，緩解我國電能緊缺的現狀，可謂一舉兩得。在上面文章里，我們對軸流轉漿式水輪發電機組轉輪的結構、檢修工藝及改造問題進行了探討分析，對運行中容易出現的問題有了較為全面的認識，一般情況下轉輪需要長期持續的使用數年，所以檢修工藝水平非常重要，通過結合實際，利用新技術新方法對檢修工藝進行改良是提高轉輪運行質量水平的有效手段。

參考文獻：

[1]柳利明.淺析大型軸流轉槳式水輪發電機組轉輪檢修工藝及改造[D].福建省電機工程學會第十五屆學術年會，2015：20-23

[2]顧暉，孔德舉.軸流轉漿式水輪機槳葉密封更換安裝工藝方法[J].《科技視界》，2016，（10）：84-85