龔嘴水電站機(jī)組導(dǎo)葉振動原因分析及處理

李 東

(國電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900)

龔嘴水電站位于四川省境內(nèi)的大渡河下游，為壩后式徑流電站，首臺機(jī)組于1971年底并網(wǎng)發(fā)電，1978年12月全部投產(chǎn)運(yùn)行，電站原裝機(jī)為7×100 MW，多年平均發(fā)電量34.18億kWh，年利用小時(shí)數(shù)4 900 h，在系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻和事故備用等任務(wù)。2002年11月至2012年3月，龔嘴水電站圓滿完成了7臺機(jī)組的增容改造工程，總裝機(jī)容量為7×110 MW，機(jī)組水輪機(jī)主要參數(shù)見表1。

表1 機(jī)組水輪機(jī)主要參數(shù)表

1 運(yùn)行中出現(xiàn)振動及現(xiàn)象

2019年7月份，龔嘴水電站2號機(jī)組滿負(fù)荷區(qū)(105～110 MW)運(yùn)行時(shí)，5號活動導(dǎo)葉開始出現(xiàn)較明顯的水平振擺現(xiàn)象，該導(dǎo)葉拐臂與連桿連接處水平方向的擺動幅度為2 mm左右(見圖1)，垂直方向未出現(xiàn)明顯振動現(xiàn)象，調(diào)整機(jī)組負(fù)荷(改變導(dǎo)葉開度)后，振動現(xiàn)象有一定改善。經(jīng)檢查其他活動導(dǎo)葉(總24個(gè))，另有5個(gè)活動導(dǎo)葉可見輕微的水平振擺現(xiàn)象，且均靠近+Y安裝方位。

圖1 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖

2 檢修中檢查情況

2019年12月，龔嘴水電站2號機(jī)組退出運(yùn)行，按計(jì)劃進(jìn)行擴(kuò)大性A修，重點(diǎn)對該機(jī)組活動導(dǎo)葉及其下軸套進(jìn)行了全面拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉下軸套磨損嚴(yán)重，檢查記錄如表2。

表2 檢查記錄表

同時(shí)在檢查中發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)葉下軸頸與下軸套密封盒接觸并互相磨損(磨損部位見圖2)。導(dǎo)葉下軸頸(材質(zhì)ZG06Cr16Ni5Mo)磨損深度達(dá)1.5 mm，磨損嚴(yán)重區(qū)域均對應(yīng)于活動導(dǎo)葉背水面(見圖3)，下軸套密封盒(材質(zhì)0Cr18Ni9)內(nèi)部直徑總磨損量也超過2 mm(見圖4)。

圖2 導(dǎo)葉下軸頸及密封盒結(jié)構(gòu)示意圖

圖3 導(dǎo)葉下軸頸磨損情況圖

圖4 導(dǎo)葉下軸套密封盒磨損情況圖

3 振動原因分析

根據(jù)檢查結(jié)果分析龔嘴水電站2號機(jī)組活動導(dǎo)葉在運(yùn)行中產(chǎn)生水平方向振擺的原因：龔嘴水電站2號機(jī)組活動導(dǎo)葉及其下軸套于2008年4月完成改造安裝并投入運(yùn)行，截至2019年已連續(xù)運(yùn)行11年多，活動導(dǎo)葉下軸頸及其下軸套經(jīng)長期磨損，破壞日趨嚴(yán)重，特別是部份活動導(dǎo)葉的下軸套已經(jīng)完全損壞，活動導(dǎo)葉下軸頸部位失去定位、限位作用[1]，活動導(dǎo)葉運(yùn)行中受水力因素影響，導(dǎo)葉下端軸在底環(huán)軸孔內(nèi)晃動，以中軸頸部位為支點(diǎn)，引起上軸頸及其連接的拐臂產(chǎn)生振擺現(xiàn)象，同時(shí)導(dǎo)葉下軸頸與下軸套密封盒接觸并相互磨損，活動導(dǎo)葉下端軸存在與底環(huán)軸孔相磨損的跡象。

4 缺陷處理及運(yùn)行情況

龔嘴水電站2號機(jī)組活動導(dǎo)葉下軸頸、下軸套及密封盒的修復(fù)方案，由國電大渡河龔嘴水力發(fā)電總廠、國電大渡河檢修安裝有限公司、東方電機(jī)有限公司等單位共同商討制定，由于機(jī)組檢修工期限制和機(jī)組發(fā)電需要，機(jī)組頂蓋和底環(huán)保留原狀不動，對活動導(dǎo)葉、下軸套、密封盒組件、封蓋等部件按方案進(jìn)行處理：將活動導(dǎo)葉返廠，校核下端軸強(qiáng)度，在保證下端軸強(qiáng)度的前提下，按下端軸最大磨損量對下端軸進(jìn)行車削加工(實(shí)際加工直徑減小2 mm)，由制造廠家提供新的下軸套，并通過增大下軸套壁厚(實(shí)際增加1 mm)滿足下端軸與下軸套配合間隙。補(bǔ)焊導(dǎo)葉下軸頸磨損部位，加工處理導(dǎo)葉下軸頸與密封盒配合部分，使其滿足技術(shù)要求(見圖5)，完成導(dǎo)葉修復(fù)[2](見圖6)。按原尺寸和材質(zhì)更換新的密封盒組件及封蓋。經(jīng)處理回裝后，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定且良好。

圖5 導(dǎo)葉下軸端軸修復(fù)加工圖

圖6 導(dǎo)葉下端軸修復(fù)后圖

5 結(jié)構(gòu)優(yōu)化建議

1)下軸套更新?lián)Q型，校核下軸套承載強(qiáng)度后，由耐磨襯板/鋼坯復(fù)合軸套更換為耐磨襯板/銅坯復(fù)合軸套，并加厚2～3 mm，對應(yīng)安裝部位底環(huán)軸孔需擴(kuò)大4～6 mm，鋼坯換為銅坯以防止導(dǎo)葉下端軸磨損。

2)密封盒組件結(jié)合導(dǎo)葉下端軸和底環(huán)軸孔尺寸更新?lián)Q型，材質(zhì)由不銹鋼更換為663青銅，以防止導(dǎo)葉下軸頸嚴(yán)重磨損。

3)密封盒上方封蓋仍采用不銹鋼材質(zhì)，以增強(qiáng)該部位的抗磨蝕性能。