錦屏水力發(fā)電廠 張冬生 文華宇 楊 浩 李旭明 廖 偉 侯華東

一起水輪機(jī)導(dǎo)葉偏心銷軸套磨損事件原因剖析

錦屏水力發(fā)電廠 張冬生 文華宇 楊 浩 李旭明 廖 偉 侯華東

本文介紹了水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的主要結(jié)構(gòu)，對(duì)某水電廠水輪機(jī)導(dǎo)葉偏心銷軸套磨損事件經(jīng)過、原因、危害及當(dāng)前需要采取的措施做了深入分析，總結(jié)了該事件進(jìn)一步惡化致使導(dǎo)葉失控后需緊急采取的應(yīng)急措施，以期對(duì)其他水電廠有所幫助。

導(dǎo)葉；偏心銷軸套；磨損

1.水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)概述

水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要包括頂蓋、底環(huán)、接力器、導(dǎo)葉、拐臂、連桿、控制環(huán)和其它附屬部件，主要作用是調(diào)節(jié)流量和形成水輪機(jī)進(jìn)口環(huán)量。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)部件主要包括：控制環(huán)、推拉桿、雙連板、剪斷拐（副拐）、導(dǎo)葉拐（主拐）及偏心銷、連接銷、推拉桿銷。傳動(dòng)部件的主要作用是用來把來自兩個(gè)主接力器的操作力傳遞到20個(gè)導(dǎo)葉。導(dǎo)葉上軸穿過頂蓋，通過6個(gè)φ50的錐銷與導(dǎo)葉拐連接成一整體，導(dǎo)葉拐通過剪斷銷與剪斷拐連接，剪斷拐通過連接銷與雙連板連接，雙連板又通過偏心銷與控制環(huán)連接，推拉桿通過兩頭的兩個(gè)推拉桿銷連接控制環(huán)與主接力器活塞桿。當(dāng)由調(diào)速器控制的接力器活塞動(dòng)作，通過控制環(huán)、推拉桿、雙連板、拐臂等傳動(dòng)部件，將操作力矩傳遞到工作部件導(dǎo)葉，使的導(dǎo)葉產(chǎn)生一定量的旋轉(zhuǎn)，從而改變相鄰導(dǎo)葉的開度，達(dá)到調(diào)節(jié)流量的目的。

控制環(huán)安裝在頂蓋的環(huán)形滑軌上并由主接力器操作在滑軌上做相應(yīng)的旋轉(zhuǎn)，將主接力器活塞的直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并將接力器的操作力矩平均分配到20個(gè)導(dǎo)葉。在頂蓋的環(huán)形滑軌與控制環(huán)本體間安裝有用石墨填充酰胺纖維耐磨材料加工成的垂直里襯，并用螺栓把合到控制環(huán)，到頂蓋上的控制環(huán)滑軌上安裝壓板以防止控制環(huán)的抬起。連桿采用雙連板結(jié)構(gòu)，20個(gè)雙連板通過偏心銷依次連接到控制環(huán)。偏心銷允許對(duì)每個(gè)單獨(dú)的控制環(huán)小耳柄與雙連板連接孔位置作小量的調(diào)整，它整定成當(dāng)導(dǎo)葉關(guān)閉時(shí)所有導(dǎo)葉密封面同時(shí)接觸達(dá)到關(guān)閉位置，即達(dá)到調(diào)整導(dǎo)葉立面間隙的目的。

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安全裝置是剪斷銷裝置和導(dǎo)葉摩擦裝置。剪斷銷連接剪斷拐與導(dǎo)葉拐形成一個(gè)剛性的整體。在剪斷銷上加工有一個(gè)危險(xiǎn)斷面，在正常操作力下，剪斷銷可以連接剪斷拐與導(dǎo)葉拐正常工作，但當(dāng)某個(gè)導(dǎo)葉與相鄰導(dǎo)葉間卡有異物造成導(dǎo)葉無法正常關(guān)閉時(shí)，導(dǎo)葉的操作力超過正常操作力1.5倍時(shí)，剪斷銷連同裝在其中的信號(hào)裝置在危險(xiǎn)斷面破斷并發(fā)出信號(hào)，導(dǎo)葉和導(dǎo)葉拐成為和剪斷拐分開的獨(dú)立體，實(shí)現(xiàn)了將被卡導(dǎo)葉從機(jī)構(gòu)中解列的作用，避免因個(gè)別導(dǎo)葉被卡而損壞導(dǎo)水機(jī)構(gòu)其它零部件。剪斷銷破斷后剪斷拐仍然受到操作機(jī)構(gòu)的限制跟隨雙連板運(yùn)動(dòng)。而導(dǎo)葉和導(dǎo)葉拐為自由狀態(tài)，在水力矩作用下旋轉(zhuǎn)，為防止導(dǎo)葉自由旋轉(zhuǎn)沖擊其他導(dǎo)葉以及造成較大的水力不平衡，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)有導(dǎo)葉摩擦裝置。

導(dǎo)葉摩擦裝置主要包括在剪斷拐上的弓型夾緊裝置和剪斷拐與導(dǎo)葉拐之間的青銅襯套。通過打緊夾緊裝置的夾緊螺栓夾緊剪斷拐與導(dǎo)葉拐之間的青銅襯套產(chǎn)生摩擦力形成摩擦裝置，用來限制但不限定導(dǎo)葉的運(yùn)動(dòng)，即所產(chǎn)生的摩擦力矩小于剪斷銷破斷力矩，可以使被卡導(dǎo)葉從機(jī)構(gòu)中解列，但在剪斷銷破斷后此摩擦力矩可使導(dǎo)葉和導(dǎo)葉拐隨剪斷拐運(yùn)動(dòng)限制其不得自由運(yùn)動(dòng)，達(dá)到保護(hù)作用。

2.事件經(jīng)過

2010年12月19日下午4時(shí)，某水電廠運(yùn)行人員巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)#3水輪機(jī)#5拐臂雙聯(lián)板軸套（偏心銷側(cè)）破裂，部分軸套銅碎片脫落至下方，對(duì)脫落的軸套殘塊檢查，發(fā)現(xiàn)銅套嚴(yán)重磨損，自潤滑滲碳層全部消失，造成雙聯(lián)板上下側(cè)受力不勻，經(jīng)觀察和統(tǒng)計(jì)，#1、#2、#3、#5機(jī)組的雙聯(lián)板軸套約30處出現(xiàn)不同程度的磨損。

3.磨損原因分析及主要危害

位于雙聯(lián)板和偏心銷之間的軸套屬于自然磨損，隨機(jī)組AGC、一次調(diào)頻的投運(yùn)，加快了該處的磨損速度，待自潤滑層消磨完畢后，出現(xiàn)金屬間的干摩擦，從而導(dǎo)致銅基磨削脫落。

隨銅套的磨損及脫落，該處的間隙增大，導(dǎo)致局部緊密配合的傳動(dòng)連接出現(xiàn)較大死區(qū)。一方面該處的活動(dòng)導(dǎo)葉在運(yùn)行時(shí)的開度與其它活動(dòng)導(dǎo)葉開度不一致，在此形成不平衡水流，機(jī)組振動(dòng)增加或擺度增大；另一方面在停機(jī)全關(guān)導(dǎo)葉時(shí)，該處立面間隙增大，漏水增大，恐難停機(jī)；此外，還會(huì)出現(xiàn)偏心銷松動(dòng)，向上或向下竄動(dòng)，甚至造成雙聯(lián)板變形，偏心銷脫落，活動(dòng)導(dǎo)葉失控等后果。

4.當(dāng)前及后續(xù)應(yīng)對(duì)措施

鑒于該缺陷要在壓力鋼管無壓時(shí)處理，當(dāng)前不具備處理?xiàng)l件，特提出以下措施。

4.1 當(dāng)前的應(yīng)急措施

（1）盡量減少#3機(jī)組運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷調(diào)整，在當(dāng)前條件下將AGC優(yōu)先級(jí)調(diào)整為最優(yōu)。在#2機(jī)組歸調(diào)前，晚低谷時(shí)安排#3機(jī)組停運(yùn)。在#2機(jī)組檢修歸調(diào)后，5臺(tái)機(jī)組就能滿足系統(tǒng)運(yùn)行要求的情況下，優(yōu)先將#3機(jī)組停運(yùn)；

（2）運(yùn)行人員加強(qiáng)巡視，關(guān)注#3機(jī)組#5拐臂雙聯(lián)板軸套的變化情況；

（3）立即對(duì)#3機(jī)及其它機(jī)組磨損嚴(yán)重的軸套加注透平油，改善潤滑條件。

4.2 后續(xù)措施

（1）由安生部牽頭，調(diào)整#3機(jī)組和#1機(jī)組的C修順序；（2）清查雙聯(lián)板、雙聯(lián)板軸套、偏心銷的備品備件；

（3）對(duì)正在檢修的#2機(jī)組該處軸套進(jìn)行檢查、更換，對(duì)其他機(jī)組的該處磨損痕跡情況進(jìn)行收集整理，并在C修中開展檢查、更換；

（4）檢修部盡快研究改善該處潤滑、延長使用壽命的方法。

5.#3水輪機(jī)#5導(dǎo)葉偏心銷軸套磨損惡化致使導(dǎo)葉失控后應(yīng)急處置

5.1 失控后的現(xiàn)象

（1）3F并網(wǎng)時(shí)CCS上頻發(fā)“三號(hào)機(jī)頂蓋+Y徑向振動(dòng)上限1、上限2”報(bào)警信號(hào)，CCS上檢查三號(hào)機(jī)頂蓋振動(dòng)值明顯增大；

（2）現(xiàn)地檢查三號(hào)機(jī)頂蓋振動(dòng)、擺度明顯增大，三號(hào)機(jī)水車室振動(dòng)聲異常；

（3）現(xiàn)地檢查發(fā)現(xiàn)#3水輪機(jī)#5導(dǎo)葉雙連板與控制環(huán)連接處偏心銷發(fā)生移位，#5導(dǎo)葉失控。

5.2 處置過程

（1）值班人員立刻退出3F單機(jī)AGC、一次調(diào)頻功能，3F帶固定負(fù)荷并將3F導(dǎo)葉開限值壓至與3F導(dǎo)葉開度值相同，立即匯報(bào)值班調(diào)度員和相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)；

（2）通知值守人員將3F調(diào)速器方式切至“現(xiàn)地手動(dòng)”方式運(yùn)行；調(diào)整其他機(jī)組無功，使3F勵(lì)磁無功接近零；

（3）通知檢修人員做好處理#3水輪機(jī)#5導(dǎo)葉的相關(guān)準(zhǔn)備工作；

（4）值班長隨時(shí)聯(lián)系值班調(diào)度員，向其匯報(bào)我廠#3水輪機(jī)#5導(dǎo)葉出現(xiàn)異常，需落3F進(jìn)水口工作閘門，申請(qǐng)3F停機(jī)消缺，經(jīng)值班調(diào)度員同意后：通知值守人員立即將#3機(jī)壓油裝置#31、#32、#33、#34壓油泵控制把手切至切除位置，關(guān)閉#3機(jī)壓力罐總供油閥3105；CCS上發(fā)落3F進(jìn)水口閘門令，監(jiān)視3F進(jìn)水口閘門下落正常；待3F有功自動(dòng)降至50MW以下時(shí)， CCS上發(fā)3GCB分閘令，檢查3GCB分閘正常；CCS上將3F逆變滅磁，檢查3F勵(lì)磁電壓為零，3F轉(zhuǎn)速下降正常；待3F轉(zhuǎn)速降至50%時(shí)，CCS上啟動(dòng)3F高壓油泵，檢查3F高壓油泵運(yùn)行正常；待3F轉(zhuǎn)速降至15%時(shí)，CCS上投入3F風(fēng)閘，檢查3F風(fēng)閘投入正常；監(jiān)視3F至全停正常；3F全停正常十分鐘后，停止3F機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)；

（5）3F進(jìn)水口閘門全關(guān)后，將其控制把手放切除位置，關(guān)閉3F 工作閘門啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)Q301、Q302閥。

6.結(jié)語

各水電廠對(duì)水輪機(jī)導(dǎo)葉偏心銷軸套磨損的問題必須予以足夠的重視，必須分析出磨損的原因，采取相應(yīng)的技術(shù)整改措施和防范措施，并制定定期的檢查計(jì)劃，確保上述設(shè)備長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］孫學(xué)鵬，姚繼蓬等.水力發(fā)電機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)偏心銷斷裂失效分析［J］.材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào).

張冬生（1984—），男，大學(xué)本科，工程師，錦屏水力發(fā)電廠從事運(yùn)行管理工作。