李紅艷

(四川嘉陵江鳳儀航電開發(fā)有限公司，四川南充637000)

1 概述

四川嘉陵江金銀臺(tái)航電開發(fā)有限公司(金銀臺(tái)水電廠)是嘉陵江渠化流域開發(fā)的第四級(jí)水電站，位于閬中市河溪鎮(zhèn)境內(nèi)，電站設(shè)計(jì)安裝三臺(tái)單機(jī)容量為40 MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，屬大流量徑流式水電站，設(shè)計(jì)額定水頭13 m，轉(zhuǎn)輪直徑6.3 m，水輪機(jī)型號(hào)為GZ(820)－WP－630，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFWG40－60/7050，額定轉(zhuǎn)速100 r/min。首臺(tái)機(jī)組于2005年4月28日并網(wǎng)發(fā)電，整套機(jī)組設(shè)備設(shè)計(jì)及制造單位為東方電機(jī)股份有限公司。

2 3號(hào)機(jī)組受油器浮動(dòng)瓦燒瓦經(jīng)過

金銀臺(tái)水電廠3號(hào)機(jī)組在啟動(dòng)試運(yùn)行期間連續(xù)發(fā)生三次受油器浮動(dòng)瓦燒瓦事故，具體現(xiàn)象是機(jī)組在啟動(dòng)運(yùn)行十幾分鐘后突然從受油器后端蓋處噴出大量的透平油，調(diào)速器油泵隨即啟動(dòng)工作，壓力油罐油壓力明顯下降。停機(jī)后解體受油器各部件，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)軸后段及前段浮動(dòng)瓦安裝位置燒傷嚴(yán)重，特別是B瓦位置，A、B兩浮動(dòng)瓦燒傷嚴(yán)重，不能再使用(圖1)。

3 原因分析

圖1 燒瓦后的轉(zhuǎn)軸后段

前兩次燒瓦事故發(fā)生后，相關(guān)技術(shù)人員對(duì)燒瓦原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為可能存在的原因有以下幾點(diǎn):①受油器底座的加固槽鋼較薄，機(jī)組在運(yùn)行過程中受油器整套組合體振動(dòng)過大，浮動(dòng)瓦與轉(zhuǎn)軸發(fā)生間斷碰撞而產(chǎn)生燒瓦。②設(shè)計(jì)根據(jù)已投運(yùn)的機(jī)組存在竄油量較大的實(shí)際情況，在三步瓦上下游側(cè)的徑向方向設(shè)計(jì)了一道高分子密封耐磨擋圈，以減少在調(diào)速器操作輪葉過程中高壓油的竄流量，分析認(rèn)為:正是由于該密封圈磨損后產(chǎn)生的密封顆粒加劇了浮動(dòng)瓦與軸的摩擦力從而發(fā)生燒瓦。③浮動(dòng)瓦與轉(zhuǎn)軸的設(shè)計(jì)間隙值為0.08 mm，分析認(rèn)為該設(shè)計(jì)間隙值偏小，不能滿足設(shè)計(jì)要求轉(zhuǎn)軸擺度應(yīng)控制在0.08 mm內(nèi)的安全運(yùn)行，建議將該間隙值增大到0.15 mm。④浮動(dòng)瓦的端面設(shè)計(jì)間隙為0.2～0.3 mm，分析認(rèn)為其也偏小，不能滿足浮動(dòng)瓦在運(yùn)行中的自由活動(dòng)量，建議將其增加到0.4～0.5 mm。⑤油質(zhì)不干凈，建議將透平油倒回油庫進(jìn)行過濾并拿到有資質(zhì)的單位進(jìn)行化驗(yàn)。⑥垂直支撐緊固螺栓可能發(fā)生松動(dòng)，造成受油器整套組合體在運(yùn)行時(shí)振動(dòng)加大而引起燒瓦，建議檢查垂直支撐緊固螺栓是否完好、緊固，同時(shí)檢查垂直支撐混凝土支墩是否有裂紋產(chǎn)生。前兩次燒瓦后，圍繞上述幾個(gè)問題做了大量的工作，但仍然發(fā)生了第三次燒瓦事故，說明引起燒瓦的真正原因并未找到。

在第三次燒瓦后(也是最嚴(yán)重的一次)，從圖1中可以看到:受油器燒瓦后的浮動(dòng)瓦位置與實(shí)際安裝位置發(fā)生了明顯的位移。為什么會(huì)產(chǎn)生位移呢?是什么外力使其發(fā)生幾厘米的位移呢?文中曾提到，該廠家生產(chǎn)的同樣結(jié)構(gòu)的受油器在其它水電廠運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)其漏油量較大，漏油箱油泵啟動(dòng)頻繁。為減少漏油量，設(shè)計(jì)人員將三步瓦與轉(zhuǎn)軸的間隙值由原來的0.12～0.15 mm減至0.08 mm，并在各道瓦的上下游側(cè)徑向方向增加了一道高分子密封圈;為解決漏油箱油泵啟動(dòng)頻繁問題，在金銀臺(tái)水電廠受油器安裝過程中，各方代表認(rèn)為可以將A、B瓦(高壓腔)的漏油(竄油)直接引入到輪轂加油管中，使其竄油量流入到調(diào)速器回油箱中;考慮到今后檢修方便，在排油管中增設(shè)了編號(hào)為3113的截止閥門(圖2)。各方針對(duì)受油器燒瓦后浮動(dòng)瓦位置發(fā)生變化問題查閱了圖紙并進(jìn)行了認(rèn)真分析后認(rèn)為:能使受油器體產(chǎn)生幾厘米的位移量應(yīng)有一個(gè)比較大的外力產(chǎn)生;再結(jié)合連續(xù)三次燒瓦時(shí)機(jī)組都不是剛啟動(dòng)就燒瓦的，均是運(yùn)行了十多分鐘后才發(fā)生燒瓦事故的實(shí)際情況，說明這種外力是慢慢積累而成的。我們假設(shè)，如果編號(hào)為3113的閥門發(fā)生了堵塞現(xiàn)象，從高壓腔竄出來的油就不能及時(shí)排走，將在“可形成壓力的區(qū)域”處形成一定的壓力，該壓力可以推動(dòng)軸往下游移動(dòng)，也可能推動(dòng)受油器體往上游移動(dòng)。由于往下游推動(dòng)受正推力軸承的限制位移量不可能達(dá)到幾厘米，依據(jù)作用力與反作用力的關(guān)系，所形成的壓力勢(shì)必推動(dòng)受油器體移動(dòng)，而受油器座是固定的，受油器體不可能平行移動(dòng)，只能產(chǎn)生一種剛性變形移動(dòng)，這種不平行的移動(dòng)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)傾斜角，當(dāng)傾斜角達(dá)到一定值時(shí)將壓緊浮動(dòng)瓦使其緊貼在轉(zhuǎn)軸上，從而發(fā)生燒瓦事故。針對(duì)各方的假設(shè)，施工單位解開了編號(hào)為3113的閥門進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)其閥芯的確早已脫落。真正的燒瓦原因找到了!隨后進(jìn)行了力的分析及問題的處理。

圖2 受油器漏油排油系統(tǒng)圖

4 “可形成壓力的區(qū)域”最大推力的計(jì)算

查閱圖紙得知轉(zhuǎn)軸前后段三步瓦安裝位置的轉(zhuǎn)軸直徑分別為φ190、φ305、φ340，計(jì)算上游側(cè)可形成壓力的區(qū)域A面積為SA=3.14(0.3052－0.192)/4=0.044 686 125(m2)，計(jì)算下游側(cè)可形成壓力的區(qū)域B面積為SB=3.14(0.342－0.3052)/4=0.017 721 375(m2)。計(jì)算得出總面積為S=0.044 686 125+0.017 721 375=0.062 407 5(m2)。金銀臺(tái)公司調(diào)速器系統(tǒng)整定工作油壓為5.8～6.3 MPa，也就是說輪葉動(dòng)作時(shí)的油壓理論上最大可達(dá)到6.3 MPa，計(jì)算其“可形成壓力的區(qū)域”可形成的最大推力為F=PS=6.3×106×0.062 407 5=0.393 167 092 5×106(N)。由計(jì)算可知，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，在“可形成壓力的區(qū)域”最大可產(chǎn)生40 t的力，而在我們實(shí)際的運(yùn)行觀察中，輪葉動(dòng)作時(shí)的壓力表顯示壓力在2.5 MPa左右，即使按2.5 MPa油壓力計(jì)算，“可形成壓力的區(qū)域”也將產(chǎn)生16 t的力，這也足以推動(dòng)受油器體的變形移動(dòng)，這就是受油器燒瓦后受油器體發(fā)生位移的真正原因。

5 事故處理

前兩次燒瓦后的事故處理均為施工人員在現(xiàn)場(chǎng)用麻繩加硯磨膏對(duì)受油器轉(zhuǎn)軸后段及前段進(jìn)行硯磨處理，以使其達(dá)到一定的光潔度;對(duì)燒傷的浮動(dòng)瓦進(jìn)行更換，新的浮動(dòng)瓦配合尺寸按硯磨后的轉(zhuǎn)軸的具體尺寸配車。

第三次燒瓦后，針對(duì)燒傷嚴(yán)重的轉(zhuǎn)軸前段和后段，經(jīng)設(shè)計(jì)人員計(jì)算復(fù)核其強(qiáng)度，認(rèn)為可以將轉(zhuǎn)軸返廠處理，車掉約0.2 mm厚度仍能保證其安全穩(wěn)定運(yùn)行。遂根據(jù)設(shè)計(jì)復(fù)核計(jì)算結(jié)果將轉(zhuǎn)軸前段和后段返廠處理，按照轉(zhuǎn)軸處理之后的實(shí)際尺寸重新配車浮動(dòng)瓦，取消編號(hào)為3113的閥門，將A、B高壓腔竄油量直接排入受油器漏油箱中。經(jīng)過處理后開機(jī)運(yùn)行一切正常。在2007年的年度小修中，我們將浮動(dòng)瓦的各配合間隙全部恢復(fù)到設(shè)計(jì)值，開機(jī)運(yùn)行后也一切正常。

6 結(jié)語

造成受油器燒瓦的原因很多，只有真正找到引起其燒瓦的原因并進(jìn)行處理，才能確保機(jī)組正常、平穩(wěn)運(yùn)行。金銀臺(tái)水電廠3號(hào)機(jī)組受油器第三次燒瓦事故經(jīng)過處理后，至今已運(yùn)行了四年多時(shí)間，中途也經(jīng)過幾次年度小修檢查，受油器轉(zhuǎn)軸及工作浮動(dòng)瓦一切正常。