卡魯瑪水電站筒閥安裝與接力器漏油問題處理

張紅軍

(中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙 410004)

1 引言

烏干達(dá)卡魯瑪水電站筒形閥外徑5996 mm，高1528 mm，最大壁厚95 mm，通過6個(gè)接力器與頂蓋連接，其中3個(gè)φ275 mm接力器為主接力器(1#、3#、5#)，另外3個(gè)φ260 mm接力器為輔接力器(2#、4#、6#)，1#-4#、3#-6#、5#-2#接力器分別通過上下腔進(jìn)行串聯(lián)后與控制閥組進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)筒閥動(dòng)作。

2019年7月進(jìn)行3#機(jī)筒閥調(diào)試，筒閥開啟至600 mm高度時(shí)，發(fā)現(xiàn)3#接力器下缸蓋處大量漏油，1#接力器上下腔串油，5#和4#接力器漏油。

2 筒閥安裝工藝

2.1 筒閥組拼

(1)對(duì)閥體分辨組合面及螺孔進(jìn)行全面清掃，去除高點(diǎn)、毛刺、銹蝕[1]。

(2)在筒閥組裝工位的直徑分度圓上布置6個(gè)鋼支墩，用楔子板調(diào)平。

(3)在閥體運(yùn)輸支架未拆除的條件下進(jìn)行筒閥組拼。

(4)按要求安裝并預(yù)緊組合螺栓、銷釘，檢查組合縫間隙需符合相關(guān)規(guī)范要求。

(5)筒閥組圓后，檢查筒閥上環(huán)圓度、筒體高度、筒閥頂部水平符合要求[2]。

(6)打磨焊縫及焊縫兩邊100 mm范圍直至露出金屬光澤，并在合縫位置裝兩只百分表以監(jiān)測(cè)焊接過程中的變形。

(7)對(duì)焊縫預(yù)熱至80 ℃，并保溫30 min后進(jìn)行焊接，用φ3.2 mm焊條進(jìn)行打底焊接，然后采用分段退步焊接的方法對(duì)稱進(jìn)行筒體立縫焊接。每層焊接完成后，進(jìn)行錘擊消應(yīng)處理。

(8)焊接過程需根據(jù)百分表反映的變形情況隨時(shí)調(diào)整焊接順序和焊接速度。

(9)進(jìn)行合縫位置上下端面的焊接。

(10)再次檢查合縫位置螺栓預(yù)緊情況，檢查筒閥焊后圓度、水平。

2.2 接力器安裝

(1)頂蓋在機(jī)坑預(yù)裝時(shí)，檢查頂蓋上的接力器安裝面的水平，要求水平不大于0.02mm/m，否則用平面磨光機(jī)對(duì)其進(jìn)行修磨。

(2)吊裝筒閥至支墩上，調(diào)整筒閥水平[3]。

(3)在筒閥內(nèi)側(cè)以頂蓋過流面直徑為分布圓布置4個(gè)高支墩，調(diào)平后把頂蓋落在支墩上，調(diào)整頂蓋法蘭面水平不大于0.20 mm。

(4)用筒閥提升螺桿、千斤頂提升筒閥，調(diào)整筒閥接力器活塞桿需穿過的頂蓋和筒閥上的2個(gè)通孔的同心度，用鎖定螺桿把筒閥固定在頂蓋上[4]。

(5)筒閥接力器的壓力試驗(yàn)和行程檢查合格后，把接力器與頂蓋把合的面打磨干凈，去除毛刺、高點(diǎn)、銹蝕、油漆等，然后對(duì)稱吊裝至頂蓋上。

(6)安裝筒閥接力器與頂蓋的把合螺栓并預(yù)緊。

2.3 筒閥調(diào)試

(1)頂蓋、筒閥、接力器正式安裝在機(jī)坑后，進(jìn)行筒閥油壓系統(tǒng)的安裝[5]。

(2)利用筒閥提升螺桿把筒閥下發(fā)至底環(huán)上。

(3)單獨(dú)動(dòng)作筒閥接力器，調(diào)整6個(gè)筒閥接力器的同步情況。

(4)對(duì)稱測(cè)量4個(gè)方位的筒閥與固定導(dǎo)葉的間隙，根據(jù)數(shù)據(jù)計(jì)算并加工導(dǎo)向塊，然后把導(dǎo)向塊安裝在筒閥上。

(5)利用油壓系統(tǒng)動(dòng)作接力器，使接力器活塞桿穿入筒閥，安裝超級(jí)螺母和頂推螺栓。

(6)利用油壓系統(tǒng)動(dòng)作筒閥，再次調(diào)整接力器的同步。

(7)安裝筒閥超級(jí)螺母安裝孔的封堵板，進(jìn)行封水焊和PT檢查。

3 筒閥調(diào)試過程遇到的問題

2019年7月開始進(jìn)行筒閥調(diào)試，筒閥從全關(guān)狀態(tài)開啟到600 mm高度時(shí)，發(fā)現(xiàn)3#接力器下缸蓋處大量漏油，隨即停止調(diào)試工作。把3#接力器拆除后發(fā)現(xiàn)該接力器活塞桿有大面積刮傷。用備品接力器更換3#接力器后，再次動(dòng)作筒閥，發(fā)現(xiàn)1#接力器上、下腔串壓，5#和4#接力器漏油。拆除1#、4#、5#接力器，發(fā)現(xiàn)活塞桿都存在不同程度的刮傷[5]。

4 原因分析

接力器的結(jié)構(gòu)見圖1，其出現(xiàn)漏油和接力器上下腔出現(xiàn)串壓的情況，是因?yàn)榻恿ζ鲃?dòng)作過程活塞桿與下缸蓋的軸套出現(xiàn)刮擦，刮擦現(xiàn)象加劇后致使活塞桿表面被刮傷并損壞密封。而導(dǎo)致這一問題的原因有以下幾個(gè)方面。

圖1 接力器結(jié)構(gòu)

(1)接力器垂直度偏差大：廠家提供的筒閥接力器安裝指導(dǎo)工藝中，對(duì)接力器活塞桿的垂直度偏差控制欠妥當(dāng)，只是要求檢測(cè)頂蓋上的接力器安裝面的水平不大于0.02 mm/m，未涉及對(duì)接力器活塞桿的垂直度測(cè)量。一般來說，0.02 mm/m的水平精度要求，適用于精加工且整體到貨的設(shè)備，例如轉(zhuǎn)輪、主軸的法蘭面水平。而頂蓋屬于分瓣制造現(xiàn)場組裝的設(shè)備，就算頂蓋上的接力器安裝面在廠內(nèi)加工精度較高，但進(jìn)過長途運(yùn)輸和現(xiàn)場組裝，肯定存在變形與偏差，無法達(dá)到設(shè)計(jì)0.02 mm/m的要求。其次，廠家指導(dǎo)工藝要求頂蓋上的接力器安裝面水平大于0.02 mm/m時(shí)，現(xiàn)場進(jìn)行修磨處理，這也欠妥當(dāng)，因?yàn)榭咳斯ご蚰ジ緹o法達(dá)到如此高的精度要求，并且可能存在的高點(diǎn)還無法被檢測(cè)出來(圖1)。

(2)筒閥圓度偏差大：本工程筒閥圓度設(shè)計(jì)要求為不大于0.5 mm，實(shí)際情況是筒閥組裝后圓度在5 mm左右，這是由于筒閥的剛性不足和運(yùn)輸變形引起的，施工現(xiàn)場雖然通過調(diào)整焊接順序來減少筒閥的焊接變形，但是還是無法使筒閥圓度偏差達(dá)到設(shè)計(jì)要求。把筒閥的圓度要求設(shè)計(jì)的高，也就沒有充分考慮筒閥變形后如何調(diào)整接力器與筒閥同心度的問題，即活塞桿連接螺桿與筒閥螺孔的間隙、接力器下缸蓋螺孔與把合螺栓的間隙設(shè)計(jì)偏小，現(xiàn)場沒有足夠的調(diào)整余量，使接力器與筒閥不同心而導(dǎo)致接力器活塞桿憋勁(圖2)。

(3)調(diào)試流程不合理：廠家要求頂蓋、筒閥、接力器在機(jī)坑正式安裝后，需先用筒閥提升螺桿把筒閥落在底環(huán)上，然后單獨(dú)對(duì)接力器進(jìn)行同步調(diào)整。我們可以假想，即使我們?cè)诎惭b間調(diào)整并檢測(cè)了接力器活塞桿的垂直度，但頂蓋、筒閥、接力器在機(jī)坑正式安裝后，通過人力用筒閥提升螺桿把筒閥落在底環(huán)上，這一過程將直接導(dǎo)致筒閥的位置發(fā)生較大變化。因?yàn)槿肆ο掳l(fā)筒閥不可能實(shí)現(xiàn)勻速，而且提升螺桿較長且剛性差，提升螺桿與頂蓋上的螺孔間隙大，這些因素都會(huì)導(dǎo)致筒閥落在底環(huán)上的位置發(fā)生偏差。當(dāng)接力器同步調(diào)整完成連接筒閥與接力器時(shí)，會(huì)出現(xiàn)接力器活塞桿的連接螺桿與筒閥螺孔有刮擦的現(xiàn)象。把筒閥落在底環(huán)上、把接力器活塞桿全部伸出后連接筒閥與接力器，此時(shí)接力器的活塞靠近下缸蓋，活塞桿存在擾度，即使筒閥位置有偏差，也可以順利連接筒閥與接力器。但是，開啟筒閥時(shí)，接力器活塞會(huì)越來越遠(yuǎn)離下缸蓋，活塞桿就會(huì)被活塞、下缸蓋進(jìn)行雙重限位，活塞桿的擾度也會(huì)越來越小，一旦筒閥位置偏差超過活塞桿與下缸蓋上的軸套的間隙，活塞桿就會(huì)因?yàn)楸飫拍Σ凛S套，進(jìn)而發(fā)生刮擦現(xiàn)象(圖3)。

圖2 接力器與筒閥連接圖

圖3 接力器與頂蓋連接圖

5 處理辦法及效果

5.1 處理辦法

針對(duì)上述分析，現(xiàn)場采取了以下方法對(duì)筒閥接力器進(jìn)行處理。

(1)考慮頂蓋正式安裝后，在頂蓋上安裝了導(dǎo)葉、控制環(huán)、水導(dǎo)軸承、主軸密封等部件，接力器在頂蓋上的安裝面的水平會(huì)發(fā)生變化。拆除接力器與頂蓋的把合螺栓，吊起接力器，重新檢查接力器安裝面的水平，并盡可能地把水平修磨好。

(2)把接力器與筒閥的連接螺桿的光桿段直徑車小4 mm，把接力器與頂蓋的把合螺栓的光桿段直徑車小6 mm。

(3)連接筒閥與接力器時(shí)，通過旋轉(zhuǎn)、平移筒閥調(diào)整筒閥與接力器的同心度，當(dāng)筒閥無法調(diào)整時(shí)，通過平移接力器來調(diào)整。此時(shí)接力器與頂蓋的把合螺栓需安裝但不擰緊。

(4)把筒閥動(dòng)作至全開，用檢修螺桿把筒閥鎖定在頂蓋上，使接力器相對(duì)筒閥自動(dòng)找正，然后對(duì)稱擰緊接力器與筒閥的把合螺栓。

5.2 處理效果

經(jīng)過上述處理，筒閥系統(tǒng)完成了調(diào)試工作。但是，在走開關(guān)機(jī)流程時(shí)多次動(dòng)作筒閥后，在接力器的漏油檢查孔發(fā)現(xiàn)有輕微漏油現(xiàn)象。據(jù)分析，是密封條損傷造成的漏油。

6 機(jī)坑內(nèi)調(diào)整接力器垂直度的優(yōu)化方法

一般來說，在調(diào)試階段發(fā)現(xiàn)筒閥接力器漏油，此時(shí)受座環(huán)的限制，已經(jīng)無法再測(cè)量到接力器活塞桿的實(shí)際垂直度，但可以換一個(gè)思路，按如下辦法準(zhǔn)確測(cè)量調(diào)整接力器垂直度。

(1)筒閥系統(tǒng)泄壓排油，松開筒閥與接力器連接的超級(jí)螺母，通過干凈的壓縮空氣使接力器活塞桿全部縮回缸體內(nèi)。

(2)把漏油的接力器整體拆除至后方倉庫進(jìn)行解體，檢查活塞和密封損傷情況，并進(jìn)行相應(yīng)的更換或修復(fù)。

(3)把備品或修復(fù)完成的接力器轉(zhuǎn)運(yùn)至水車室，并吊裝就位。

(4)松開未拆卸的接力器與頂蓋的把合螺栓，使接力器處于自由狀態(tài)。

(5)拆除接力器正上方的下機(jī)架下蓋板。

(6)在下蓋板上用腳手架管搭設(shè)簡易門型架，利用手拉葫蘆吊起接力器，接力器底部距離頂蓋上表面距離不小于接力器行程。

(7)在接力器和頂蓋之間安裝臨時(shí)支架，用于調(diào)整接力器垂直度。

(8)把接力器落在臨時(shí)支架上，接力器放穩(wěn)后葫蘆松勁，利用干凈的壓縮空氣把接力器活塞桿全部打出來。

(9)用螺栓和千斤頂調(diào)整接力器垂直度，用鋼琴線和外徑千分尺檢測(cè)活塞垂直度。

(10)活塞桿垂直度調(diào)整符合要求后，利用合相水平儀測(cè)量接力器上缸蓋4個(gè)方向的水平，在上缸蓋上標(biāo)識(shí)出測(cè)量位置，記錄結(jié)果且需標(biāo)識(shí)出哪邊高。

(11)用葫蘆吊起接力器，拆除臨時(shí)支架，把接力器下缸蓋與頂蓋的接觸面清掃干凈，把接力器落在頂蓋上。

(12)用合相水平儀檢查接力器上缸蓋的水平，根據(jù)活塞桿垂直度調(diào)整合格時(shí)的上缸蓋水平數(shù)量，通過加墊或打磨頂蓋的方式對(duì)上缸蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)原。

(13)加墊量要綜合考慮接力器與頂蓋間的盤根的壓縮量，防止后期因?yàn)榧訅|過多出現(xiàn)漏水現(xiàn)象。

(14)上缸蓋水平復(fù)原后，對(duì)稱擰緊接力器與頂蓋的把合螺栓，擰緊過程用百分表監(jiān)測(cè)缸體水平變化，及時(shí)調(diào)整把合螺栓的擰緊順序(保證筒閥不貼靠固定導(dǎo)葉，否則拆除導(dǎo)向塊)。

(15)通過干凈的壓縮空氣把接力器活塞桿全部打出，檢查活塞桿底部的連接螺桿是否與筒閥上的通孔有貼靠。并通過平移、旋轉(zhuǎn)筒閥的方式來調(diào)整筒閥位置，使該連接螺桿盡量處于筒閥上的通孔的中心。

(16)當(dāng)活塞桿底部的連接螺桿與筒閥的通孔貼靠卻無法通過調(diào)整筒閥位置來解決這一問題時(shí)，需對(duì)接力器進(jìn)行平移，保證該螺桿不貼靠筒閥上的通孔。

(17)接力器平移后，需重復(fù)進(jìn)行上述(9)至(11)步，再次檢查調(diào)整接力器垂直度直至合格。

上述方法可以在機(jī)坑內(nèi)設(shè)備安裝完成后，準(zhǔn)確測(cè)量和調(diào)整筒閥接力器活塞桿的垂直度，避免把整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)吊出機(jī)坑來重新調(diào)整接力器活塞桿的垂直度，能夠節(jié)約不少工期、節(jié)省大量人工。

7 結(jié)語

本文根據(jù)卡魯瑪水電站筒閥安裝調(diào)試遇到的問題，分析了漏油問題出現(xiàn)的原因，總結(jié)了漏油問題的處理辦法，優(yōu)化了筒閥接力器在調(diào)試階段因?yàn)榭臻g受限無法準(zhǔn)確測(cè)量垂直度的方法，可以為后續(xù)類似工程施工提供借鑒。