高油壓調槳式轉輪在水電站改造中應用

祁 峰，唐 濤，嚴平文

（廣東省源天工程有限公司,廣東 廣州 511340）

背景

四會市白沙水電站為綏江干流開發規劃六個梯級的第五級，位于四會縣城上游5 km的白沙村。電站現有裝機2臺GZTF08-WP-550燈泡貫流機組，額定水頭5.5 m，額定流量178.13 m3/s，額定轉速78.9 r/min，安裝高程2.8 m，機組結構型式為雙支點單懸臂結構。經多年長久運行，轉輪密封磨損失效，導致機組漏油嚴重，嚴重污染下游河流，而且調速器油泵啟動頻繁，消耗大量廠用電。為解決上述問題，須對轉輪進行改造。

1 改造對比

電站從實用性能和經濟性能指標對比后發現，更換常規轉輪依然存在傳統的受油器因其結構復雜、密封困難造成或多或少的漏油、竄油、燒浮動瓦、操作油管斷裂等問題，且操作油管中心調整困難，安裝和維修難度大，盤車往往要耗費數天時間。轉輪體內輪轂油運行時間長，存在槳葉密封磨損后漏油污染環境的隱患。從節能增效、綠色安全的角度，選用高油壓調槳式轉輪對電站的水輪發電機轉輪進行改造。

高油壓調槳式轉輪的操作油壓由原來的2.5 MPa提升到16 MPa，槳葉接力器從輪轂體內外置于發電機軸端，簡化了水輪機轉輪結構，可提高轉輪的過流能力和能量指標。同時配套使用新型高壓高速旋轉密封接頭裝置代替傳統的受油器，從而使機組轉輪在運行中實現內部無油狀態，徹底杜絕因轉輪漏油對河流造成環境污染，同時也解決了因轉輪漏油造成油壓裝置油泵頻繁啟動的問題。另高油壓調槳式轉輪的接力器和高壓高速旋轉接頭在廠內一體化加工，只需現場首次安裝時盤車檢查接力器缸與主軸的同心度，同心度合格后鉆鉸定位銷釘；后續檢修維護時按銷釘定位即可，不需再次盤車。

2 高油壓調槳式轉輪系統轉輪體內部改造

由于是改造項目沒有采用新的轉輪體，因此采用以舊改新的原則，無需重新鑄造新轉輪，因此主要設備需要轉輪返廠加工，新加工部件在車間及工地現場進行試配和試驗。

（1）利用原有GZTF08型轉輪進行改造，保留原來轉輪的輪轂、葉片。取消原轉輪里的活塞、活塞桿及其連接件，更換為轉輪操作架、操作軸及相關的連接件（車間完成）。

（2）原轉輪里的軸套全部更換成自潤滑軸套（車間完成）。

（3）更換原有水輪機槳葉密封，改為進水V型反向自潤滑密封（車間預裝）。

（4）拆除原有操作油管及其限位裝置，增加槳葉操作軸和導軸承以及支撐環，完善操作架結構（車間加工，現場裝配）。

（5）增加槳葉操作軸的連接卡環套和鎖緊裝置（車間加工，現場裝配）。

（6）轉輪體組裝以及靜平衡試驗在車間完成，試驗合格后（Ф1 800 mm圓上的不平衡重量不大于1 kg），拆除槳葉發運至工地。

（7）試驗及檢查（電站現場）。

圖1 高壓式調漿轉輪體示意圖

圖2 白沙水電站高壓式調漿轉輪軸系結構示意圖

3 改造后轉輪體的現場組裝及試驗

（1）可利用在支座與基礎板把合面間加墊的辦法來調整支座上法蘭面水平，其水平度應不超過0.05 mm/m。合格后，在支座法蘭面上均勻放置厚度相同的紫銅墊。在支座中心位置布置一個千斤頂。轉輪體與活塞桿把合面的水平度，不超過0.10 mm。

（2）吊起葉片軸，對準轉輪體上相應軸孔，將葉片軸按對應標記緩慢套裝入轉輪體。套裝過程中，同時注意調整轉臂，將轉臂套裝在葉片軸上。當葉片軸基本套裝入轉輪體后，調整轉臂與葉片軸的相對位置，對正轉臂與葉片軸銷孔，將清理干凈的Ф120 mm圓柱銷按對應標記裝入。拆除葉片軸套裝工具。來回提升、降落連桿幾次檢查葉片軸動作的靈活性，葉片軸應轉動靈活，同時裝入V型密封，確保壓力適中，密封均勻。

（3）根據設計要求，制造車間采用合格的46號汽輪機油進行接力器嚴密性耐壓試驗，依次按照50%、75%、100%、110%、125%額定工作壓力進行觀察，每級試驗壓力保持10 min，未見有泄漏和異常聲響，最大試驗壓力為20 MPa，保持30 min；各密封面及合縫未見有滲漏和異常聲響。由于輪轂內無操作油，為檢查槳葉密封安裝質量，現場通過轉輪檢修排油孔向輪轂內注入壓縮空氣進行氣壓檢漏試驗，試驗壓力為0.3 MPa，保持30 min，未見有泄漏及壓降。

（4）槳葉接力器與槳葉操作軸連接后，進行槳葉動作試驗，檢查操作機構的安裝有無憋勁和卡阻現象。槳葉動作應靈活可靠，槳葉開、關動作的最低操作油壓為1.7 MPa，槳葉開度轉角與接力器行程關系曲線見表1。

表1 白沙水電站槳葉開度和接力器行程關系表

4 受油器部分進行改造思路

受油器是原有槳葉操作油開腔、關腔、輪轂腔的三腔配油裝置。由于新型轉輪不設輪轂油，因此結構發生顛覆性的變化，使用全新高油壓槳葉全自動調節裝置，是由新型受油器、接力器、位移傳感器、操作桿四部分組成，油缸油壓采用16 MPa。調節軸代替原有轉輪體操作油管，接力器缸體內使用活塞裝置高油壓操作系統，安裝于電機軸端部，通過活塞移動帶動槳葉操作軸作直線運動，改造內容如下：

（1）拆除原機組的受油器及操作油管，更換為高油壓槳葉調節器。

（2）發電機集電環及刷架需要根據高油壓槳葉調節器裝配的要求重新設計制造。

（3）增加16 MPa新的高壓槳葉調節控制系統及油壓裝置。

圖3 高油壓調槳機構示意圖

5 高油壓槳葉全自動調節裝置現場安裝與試驗

（1）高油壓電液全自動槳葉調節裝置接力器缸通過支架連接在發電機軸端，槳葉接力器外殼固定在機組大軸上，接力器活塞固定在槳葉調節軸上，與機組大軸同時旋轉，活塞經液壓油操作帶動槳葉轉動，操作接力器的電磁閥可以電動和手動操作，并安裝有槳葉位移傳感器，實現槳葉開度的閉環調節。

（2）槳葉電液調節控制裝置安裝在發電機運行層，由電磁閥液壓操作機構、液控單向閥（液壓鎖）、開、關速度調節閥、配套油壓裝置等組成，現場整體安裝。槳葉位移傳感器安裝于機組燈泡體內。

（3）對于操作油管路和調節裝置必須清洗干凈，無污物、雜質殘留；油管路連接可靠不漏油。由于高壓高速旋轉接頭的旋轉體與槳葉接力器的連接座是在車間同車配，現場安裝時只需分別在接力器缸的支架側法蘭和高壓旋轉接頭側法蘭的X和Y方向架設百分表進行盤車，接力器缸體擺度的雙幅值不超過0.10 mm即可。盤車數據合格后鉆鉸槳葉接力器和連接支架的定位銷釘孔。

表2 白沙電站槳葉接力器盤車記錄表 單位：0.01 mm

（4）安裝好壓力油進油和回油管路，油路經過操作電磁閥、液控單向閥、開關速度調節閥后進入高壓高速旋轉接頭，高壓高速旋裝接頭由殼體、襯套、旋轉體、開腔油路和關腔油路等組成，它采用高壓 間隙密封方式確保不會竄油泄壓，可以向與機組大軸一起旋轉的槳葉接力器提供液壓油和排出回油。

（5）槳葉充油建壓后觀察流過高速高壓旋轉接頭的液壓油直接控制槳葉接力器活塞的移動，當操作電磁閥在中間位置，液控單向閥將槳葉接力器開、關兩腔的油路封閉，如果槳葉接力器和高壓高速旋轉接頭的開、關兩腔密封正常，沒有竄油現象，那么，槳葉接力器的活塞被固定在當前位置。

（6）調試中注意事項：當槳葉控制操作電磁閥工作在關腔導通位置，壓力油進入槳葉接力器關腔，槳葉接力器開腔與回油相通，活塞往關方向移動；當控制操作電磁閥工作在開腔導通位置，壓力油進入槳葉接力器開腔，槳葉接力器關腔與回油相通，活塞往開方向移動。進而完成槳葉的開關功能。

6 改造后仍需完善工作

（1）由于設備布置空間改變，重新安裝發電機集電環、短軸及刷架，必要時對發電機勵磁引出線重新做好絕緣處理；

（2）取消原有輪轂高位油箱，拆除時必須做好安全防護措施；

（3）新增加槳葉調節控制系統及油壓裝置的使用運行需要重新培訓，安裝使用；

（4）由于泡頭內設備布置改變，需調整泡頭內樓梯安裝位置和增加調槳機構防護罩。

7 結束語

從目前改造投運的實際工況而言，采用高油壓調槳轉輪對四會白沙水電站原有的GZTF 08型轉輪進行無油化改造后，出力正常高效，杜絕原有轉輪漏油污染環境的隱患，降低設備運行維護成本，值的在同類型貫流機組、軸流機組改造中推廣，同時由于輪轂腔無油化可以縮小轉輪體輪轂比，使新轉輪的出力更高，適合在新的設備生產中推廣應用。