【摘要】介紹了廣蓄A(yù)廠水泵水輪機(jī)導(dǎo)葉拒動的故障情況，對故障原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析，通過機(jī)組檢修確認(rèn)故障的具體原因，并實(shí)施了相應(yīng)的處理措施，為今后同類電廠處理類似故障提供參考。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)葉拒動；故障分析；導(dǎo)葉軸套

引言

廣州蓄能水電廠A廠（以下簡稱A廠）機(jī)組為高水頭、高轉(zhuǎn)速、大容量、可逆式機(jī)組，水泵水輪機(jī)由法國Neyrpic公司制造，裝機(jī)容量4×300MW，在南方電網(wǎng)中承擔(dān)調(diào)峰調(diào)頻和事故備用的作用。2009～2011年期間A廠機(jī)組共發(fā)生7次因?qū)~拒動而導(dǎo)致發(fā)電工況啟動失敗的故障，經(jīng)過分析找到故障原因并進(jìn)行了相應(yīng)處理。本文對導(dǎo)葉拒動所發(fā)現(xiàn)的問題及產(chǎn)生原因做出分析，提出了相應(yīng)處理方法，以對有相同問題的電廠有所幫助。

1、情況介紹

A廠機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉數(shù)量為20個(gè)，主要由接力器、控制環(huán)、拐臂、連板、活動導(dǎo)葉、上下套筒、導(dǎo)葉止推裝置組成傳動機(jī)構(gòu)。導(dǎo)葉上中下軸套、拐臂連板銷軸套、調(diào)速環(huán)推拉桿銷軸套原設(shè)計(jì)均采用青銅滑動軸承，潤滑介質(zhì)為鈣基潤滑脂（俗稱黃油），通過注油泵定期向各軸套注入。

隨著技術(shù)的發(fā)展，目前自潤滑軸套取代青銅軸套是各主機(jī)廠家的通用做法，自潤滑軸套主要有銅基鑲嵌自潤滑材料、纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料、雙金屬自潤滑材料三種類型。2002至2005年期間對1號～4號機(jī)組進(jìn)行首次大修，期間逐年用法國ALSTOM公司提供的Orkot 纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合自潤滑材料（以下簡稱Orkot材料）將四臺機(jī)組導(dǎo)葉上中下軸套全部更換。拐臂連板銷軸套、調(diào)速環(huán)推拉桿銷軸套均更換為銅基鑲嵌自潤滑材料。

2、故障經(jīng)過

2.1導(dǎo)葉拒動現(xiàn)象

四臺機(jī)組導(dǎo)葉上中下軸套更換Orkot材料后，前幾年機(jī)組運(yùn)行正常。在1號機(jī)組大修6年后即2009年1月初在發(fā)電工況啟動過程中導(dǎo)葉拒動導(dǎo)致啟動失敗。查看記錄發(fā)現(xiàn)，機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速25%的時(shí)間過長，當(dāng)時(shí)導(dǎo)葉實(shí)際開度為2%，但導(dǎo)葉第一開度5%傳感器未收到信號。對比圖2和圖3可知，機(jī)組發(fā)電工況啟動導(dǎo)葉拒動時(shí)，開度在10%之前需要接力器開啟腔關(guān)閉腔之間有較大的壓差，開啟腔壓力為 5.0MPa 以上，關(guān)閉腔為 1.0MPa 左右，壓差為 4.0MPa 以上，即導(dǎo)葉受到的阻力較大；而機(jī)組發(fā)電正常啟動導(dǎo)葉開度在0%～10% 時(shí)的壓差為 1.5MPa左右 。

2.2導(dǎo)葉拒動后檢查處理

機(jī)組退備后導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在靜水狀態(tài)下操作一切正常，導(dǎo)葉接力器開啟腔與關(guān)閉腔壓力正常，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動裝置的推拉板及拐臂連板外觀檢查未發(fā)現(xiàn)異常，導(dǎo)葉端面間隙正常。后1號機(jī)組陸續(xù)多次發(fā)生類似故障，故障后導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在靜水狀態(tài)下的試驗(yàn)均正常。分析認(rèn)為導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的阻力矩與接力器動作力矩處于臨界狀態(tài)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的阻力矩主要來自各傳動部件，為了減小這部分阻力矩，臨時(shí)處理措施是對傳動部件進(jìn)行加注潤滑脂，以增加各部件間的潤滑效果，減少阻力矩。

3、原因分析

導(dǎo)葉拒動的原因應(yīng)從兩方面進(jìn)行分析，一是調(diào)速器液壓控制系統(tǒng)，二是導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的傳動機(jī)構(gòu)。經(jīng)過故障及檢查情況分析，結(jié)合導(dǎo)葉接力器可以正常建壓，認(rèn)為調(diào)速器液壓系統(tǒng)工作正常；導(dǎo)葉拒動主要原因是傳動部件阻力矩及水力阻力大于接力器的動作力矩，由于導(dǎo)葉受到的水力阻力是基本不變的，所以導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的阻力矩是導(dǎo)致導(dǎo)葉拒動的主要原因，根據(jù)現(xiàn)場檢查情況進(jìn)行分析導(dǎo)葉拒動的可能原因有以下五種：

1）調(diào)速器控制環(huán)與20個(gè)導(dǎo)葉拐臂的連板銷套及導(dǎo)葉止推環(huán)自潤滑性能下降，造成傳動力矩增大；

2）調(diào)速器控制環(huán)水平滑塊和側(cè)向滑塊磨損后自潤滑性能降低，增大控制環(huán)轉(zhuǎn)動的阻力；

3）調(diào)速器控制環(huán)與導(dǎo)葉拐臂之間存在高程差，使各連板產(chǎn)生憋勁，導(dǎo)致傳動力矩增大；

4）導(dǎo)葉止推環(huán)磨損較大導(dǎo)致導(dǎo)葉下沉（導(dǎo)葉下端面間隙為零），使導(dǎo)葉與底環(huán)抗磨板直接摩擦，增大導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動力矩；

5）導(dǎo)葉上中下軸套產(chǎn)生抱軸現(xiàn)象，增大導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動力矩。

4、處理過程

針對以上原因分析，A廠1號機(jī)組在2011年11月擴(kuò)大性小修期間，制定相應(yīng)的檢查及處理方案。

4.1導(dǎo)葉傳動部件檢查結(jié)果

1）對控制環(huán)與各連板進(jìn)行解體，檢查測量各銷軸及銅基鑲嵌軸套，尺寸均滿足設(shè)計(jì)要求；導(dǎo)葉止推環(huán)自潤滑材料檢查正常；

2）對控制環(huán)水平滑塊和側(cè)向滑塊厚度進(jìn)行測量，磨損量都在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，鑲嵌的自潤滑材料完好，其它未見異常；

3）控制環(huán)與導(dǎo)葉拐臂之間的高程差都在圖紙范圍內(nèi)；

4）導(dǎo)葉端面間隙正常；

5）導(dǎo)葉上中下軸套膨脹，內(nèi)徑變小，部分軸套不同程度出現(xiàn)脫層、裂紋和鼓包等缺陷，如下：

4.2導(dǎo)葉拒動根本原因

Orkot導(dǎo)葉軸套材料膨脹，內(nèi)徑變小，導(dǎo)葉軸套和導(dǎo)葉軸頸的總間隙減少，甚至出現(xiàn)軸套抱死導(dǎo)葉軸徑的情況。由于間隙縮小，以及上中下軸套不完全同心、導(dǎo)葉軸徑單邊受力等因素的影響，使得導(dǎo)葉軸頸與軸套間的摩擦力增大，導(dǎo)葉軸頸轉(zhuǎn)動時(shí)把軸套材料擠壞，導(dǎo)致軸套出現(xiàn)脫層、裂紋、鼓包等缺陷。這些問題使導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動阻力矩大于接力器動作力矩，最終造成導(dǎo)葉拒動故障。

廠家提供的資料中，Orkot材料的吸水膨脹率為不大于1‰，按照A廠軸套雙邊總壁厚30mm計(jì)算，其膨脹量最大應(yīng)為0.03mm，即軸套內(nèi)徑最大縮小0.03mm，但實(shí)際測量數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了0.03mm，且受力較大的上、下軸套變化最大。分析認(rèn)為，Orkot軸套是由特殊的纖維材料卷壓而成，導(dǎo)葉長時(shí)間頻繁低速轉(zhuǎn)動時(shí)產(chǎn)生的荷載超出了其承受范圍，引起纖維層斷裂、松散，造成軸套膨脹的表象。

4.3處理方法

對表層損壞的軸套進(jìn)行更換，其余軸套進(jìn)行內(nèi)徑加工，將導(dǎo)葉軸徑與軸套間隙控制在0.20～0.25mm范圍內(nèi)，以保證導(dǎo)葉軸套五年內(nèi)滿足運(yùn)行要求。2011年處理后的導(dǎo)葉軸套，在2014年10月大修前運(yùn)行正常。

5、建議

目前一些主機(jī)廠家在我國的電站項(xiàng)目中水輪機(jī)導(dǎo)葉軸套普遍使用Orkot自潤滑材料。鑒于廣蓄機(jī)組使用狀況，有以下建議：

1）在機(jī)組定檢時(shí)，對導(dǎo)葉操作接力器的壓力進(jìn)行錄波，以觀察接力器開啟、關(guān)閉腔之間壓差，壓差值大于1.5MPa時(shí)，應(yīng)引起足夠的重視；

2）對于使用Orkot自潤滑材料導(dǎo)葉軸套的機(jī)組，在運(yùn)行5年后可進(jìn)行導(dǎo)葉軸套抽檢，以確認(rèn)軸套狀況；

3）使用Orkot自潤滑材料導(dǎo)葉軸套時(shí)，應(yīng)適當(dāng)增加導(dǎo)葉軸頸與軸套之間的間隙。

參考文獻(xiàn)：

（1）林柏雄.水輪機(jī)導(dǎo)水葉軸套材料與密封結(jié)構(gòu)的改進(jìn)[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2000，（3）：52～54.

（2）李成家.水輪機(jī)導(dǎo)葉軸套材質(zhì)及特點(diǎn)[J].青海電力，2001，（2）：4～6.

作者簡介：

雷煥基（1983-），男，工程師，從事蓄能電廠機(jī)組檢修及技術(shù)管理工作。

肖蘇平（1963-），男，高級技師，從事水電機(jī)電技術(shù)管理工作。