蒲石河抽水蓄能電站2號機導葉與頂蓋抗磨板研傷原因與處理

于 爽，王英偉，魏子超，王志遠

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司運維檢修部，遼寧省丹東市 118216）

0 引言

遼寧蒲石河抽水蓄能電站（以下簡稱蒲石河電站）位于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣境內，距丹東市約60km，為東北地區第一座大型純抽水蓄能電站，總裝機容量1200MW（4×300MW），電站于2006年8月1日開工建設，2012年9月29日四臺機組全部投入商業運行發電，在東北電網中擔任調峰、填谷、調頻和事故備用等功能。

蒲石河抽水蓄能電站機組每臺機共20個活動導葉，2017年6月6日C修過程中檢查發現其中4號導葉上端面上游側全部研傷，5號導葉上端面上游側研傷，6號導葉上端面上游側研傷，9號導葉上端面上游側研傷，下端面上游側有輕微研傷，10號導葉上端面上游側輕微研傷，19號導葉上端面全部研傷。

本文首先介紹蒲石河電站導葉止推裝置的作用，其次介紹蒲石河電站2號機導葉止推裝置磨損情況，并對此故障現象進行原因分析，最后闡述相應的改進措施及具體處理方法，為其他單位及個人提供參考。

1 導葉止推裝置的結構及作用

1.1 結構

導水機構轉動部分主要包括：控制環、上下連桿、導葉臂（拐臂）、導葉臂Ⅱ（剪切臂）、錐銷（用于導葉臂與活動導葉上端面連接）、偏心銷（用于調整活動導葉立面間隙）、凸緣板（通過把合螺栓和圓柱銷釘與導葉臂把合）等部件，執行部分主要包括20個活動導葉，其中在凸緣板與頂蓋套筒的接觸表面，直徑方向對稱安裝有兩塊非金屬自潤滑的抗磨塊，每塊抗磨塊通過3個沉頭螺釘與頂蓋套筒把合固定，同時，為了防止活動導葉軸向竄動，在凸緣板上面安裝有上止推壓板，上止推壓板通過圓柱銷釘、螺母與頂蓋套筒把合，在凸緣板與上止推壓板的接觸表面，圓周方向均布4塊非金屬自潤滑的抗磨塊，每個抗磨塊有3個沉頭螺釘與上止推壓板進行把合（見圖1）。

1.2 抗磨塊的作用

凸緣板與頂蓋套筒上的2塊抗磨塊主要承受導水機構轉動部分的重量，在活動導葉轉動過程中，導葉臂帶動凸緣板進行轉動，頂蓋套筒和上止推壓板靜止，為了防止凸緣板與頂蓋套筒接觸表面產生刮擦，故在容易刮擦的地方設置抗磨塊，同理，為了保護凸緣板與上止推壓板之間接觸面，所以在上止推壓板設置抗磨塊。

2 導水機構檢查及導葉止推裝置磨損情況

導葉與頂蓋抗磨板研傷問題的發生，與導葉端面間隙及導葉止推裝置有著必然的聯系，決定對2號機導葉端面間隙進行測量（見表1）。

表1 研磨處理前2號機導葉端面間隙Tab.1 The clearance of the guide blade of the unit 2 before grinding mm

為了檢查導葉止推裝置是否正常，決定現場拆解產生研傷的4、5、6、9、10、19號導葉止推裝置，通過觀察，各導葉止推裝置情況如下：

（1）4號導葉止推裝置：導葉端頭螺栓松動，導葉上軸瓦上移，已高出頂蓋套筒上端面，上移量約30mm；兩塊把合在套筒上的抗磨塊磨損嚴重，沉頭螺釘端部已與抗磨塊相平；4塊把合在導葉止推壓板上的抗磨塊磨損嚴重，沉頭螺釘端部已經與抗磨塊相平，部分螺釘已斷裂；不銹鋼凸緣板（止推環）有不同程度圓周方向的劃痕，其中一個不銹鋼凸緣板（止推環）把合螺栓松動，圓柱銷釘正常（見圖2和圖3）。

圖3 4號導葉套筒抗磨塊Fig.3 No.4 guide blade sleeve wear block

（2）9號導葉止推裝置：把合在頂蓋套筒上的兩塊抗磨塊正常；8塊把合不銹鋼凸緣板（止推環）的內六角沉頭螺釘全部松動，其中兩個松動較為嚴重的內六角沉頭螺釘與頂蓋套筒刮傷，導致這兩個螺釘已彎曲，頂蓋套筒有明顯刮傷痕跡；不銹鋼凸緣板（止推環）上兩個圓柱銷釘斷裂（圓柱銷釘斷口無屈服現象），圓柱銷釘斷裂后使凸緣板（止推環）竄動（見圖4和圖5）。

圖4 9號導葉止推裝置Fig.4 No.9 guide vane thrust device

圖5 斷裂的圓柱銷釘Fig.5 Cracked cylindrical pin

（3）19號止推裝置：兩個把合在套筒上的抗磨塊皆斷裂，且斷裂成多塊，沉頭螺釘基本全部斷裂，且有一些螺釘碎渣與抗磨塊融為一體，抗磨塊磨損嚴重，拆除后有許多粉末；導葉止推壓板上的4塊抗磨塊磨損嚴重，其中一塊抗磨塊斷裂，圓柱銷釘正常（見圖6和圖7）。

蒲石河電站每套導葉止推裝置共有6塊抗磨塊，4、5、6、9、10、19號導葉止推裝置共拆解下來36塊抗磨塊，通過對這36塊抗磨塊磨損后尺寸的測量（見表2），發現大部分抗磨塊磨損嚴重（抗磨塊正常尺寸為8+0.05-0.03，單位mm）。

圖6 套筒上斷裂的抗磨塊Fig.6 Wear resistant blocks broken on a sleeve

圖7 止推壓板上斷裂的抗磨塊Fig.7 Wear block on a thrust plate

表2 抗磨塊磨損后尺寸測量Tab.2 Dimensional measurement of wear resistant blocks mm

3 原因分析

產生導葉與頂蓋抗磨板研傷現象的原因有以下幾方面：

（1）在機組啟機過程中由于導葉上浮力過大，從而導致導葉上浮。

分析：導葉上浮力過大是導葉下軸徑端面承受高壓水導致，此情況產生的原因可能是因為導葉下端面排水管排水不暢，或導葉下軸徑密封損壞，進水量大于排水量導致，由于蒲石河電站2號機組從2012年4月11日投入商業運行至今已運行5年，故此為原因之一。

（2）抗磨塊磨損嚴重，導致沉頭螺釘端部與抗磨塊相平，進而導致不銹鋼凸緣板（止推環）變形使凸緣板沒起到止推作用，導致導葉上抬與頂蓋抗磨板發生研傷現象。

分析：①導葉上浮力太大，導致不銹鋼凸緣板（止推環）與抗磨塊之間摩擦力過大，導致抗磨塊快速磨損。②2號機在2012年曾出現兩次導葉與頂蓋抗磨板研傷的情況，且兩次均比較嚴重。在第二次處理后，導葉止推壓板在安裝時已與不銹鋼凸緣板（止推環）施加了預應力，預應力的存在，加速了止推壓板抗磨塊的磨損。③導葉工作時，在水壓作用下，導葉軸線會產生彎曲，造成導葉臂、不銹鋼凸緣板（止推環）略微傾斜。傾斜后，不銹鋼凸緣板（止推環）與套筒上的抗磨塊之間壓應力加大，造成套筒上的抗磨塊磨損加快，見圖8。④抗磨塊磨損后，沉頭螺釘與抗磨塊相平，導葉轉動時，不銹鋼凸緣板（止推環）與沉頭螺釘接觸，造成沉頭螺釘斷裂，不銹鋼凸緣板（止推環）產生劃痕，同時對自潤滑抗磨塊造成更嚴重的損傷。故抗磨塊磨損嚴重導致不銹鋼凸緣板（止推環）變形使凸緣板沒起到止推作用為此次導葉與頂蓋抗磨板研傷的主要原因。（3）運行過程中導水機構螺栓松動，導致導葉上抬。分析：抗磨塊磨損嚴重，導致沉頭螺釘端部與抗磨塊相平，不銹鋼凸緣板（止推環）與沉頭螺釘接觸后，不銹鋼凸緣板（止推環）振動加劇，造成部分導葉臂與不銹鋼凸緣板（止推環）8-M16的內六角把合螺栓松動，與圖紙150N·m的要求不符，故此為原因之一。

圖8 導葉工作時受力圖Fig.8 Force diagram of guide vane at work

（4）在機組啟動過程中控制環不水平或接力器受力不均導致導葉上抬。

分析：機組安裝階段，控制環與接力器的水平嚴格安裝廠家及國標要求進行，接力器為油壓操作，受力均勻，故該原因可排除。

4 處理方案

（1）更換自潤滑抗磨塊及其把合螺栓。螺栓把合時涂螺紋鎖固膠鎖固，抗磨塊背面涂粘接膠，防止抗磨塊磨損后竄動。

（2）更換不銹鋼凸緣板（止推環）把合螺栓，更改為8.8級碳鋼螺栓，預緊力矩不小于150N·m。螺栓把緊后，將螺栓與不銹鋼凸緣板（止推環）點焊處理，防止螺栓松動。

（3）不銹鋼凸緣板（止推環）與抗磨塊接觸面打磨處理，去除高點，保證接觸面在圓周方向無明顯凸出。

（4）不銹鋼凸緣板（止推環）與抗磨塊接觸面涂潤滑脂獲潤滑油，降低與抗磨塊間的摩擦系數，延長抗磨塊使用壽命。

（5）修磨導葉及頂蓋抗磨板研傷區域，并重新調整導葉端面間隙，按照下端面0.2～0.25mm、上端面0.5～0.75mm進行調整。調整后，將導葉在全關、全開范圍內運動幾次，確保不再研傷。

（6） 對于4、5、6、9、10、19號導葉止推裝置回裝并調整完導葉端面間隙后，在導葉臂的兩側分別各用一個10t（共計20t）的千斤頂支頂，導葉向上的位移應控制在0.25mm以內。若超出，通過降低導葉止推壓板下端的調整墊片進行調整。

5 結束語

調整2號機組4、5、6、9、10、19號導葉端面間隙后，在4、5、6、9、10、19號導葉臂的兩側分別各用一個10t（共計20t）的千斤頂支頂，導葉向上的位移僅在0.12～0.15mm之間，在多次進行開關導葉試驗后檢查2號機組導葉和抗磨板情況，無研磨現象。表明上述處理方法得當，采取的措施準確。