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        混流式水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水分析及處理

        2017-11-01 16:37:16
        四川水力發(fā)電 2017年5期
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)葉漏水水輪機(jī)

        黃 隆 志

        (華電寶珠寺水電廠,四川 廣元 628003)

        混流式水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水分析及處理

        黃 隆 志

        (華電寶珠寺水電廠,四川 廣元 628003)

        水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水不僅造成水資源的浪費(fèi),同時(shí)對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行均造成影響。寶珠寺在機(jī)組解體大修過程中,檢修人員對活動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)行了補(bǔ)焊、打磨處理以及線型修復(fù),將變形底環(huán)返廠加工,并在底環(huán)抗磨板部位新增密封條,對導(dǎo)葉套筒密封以及壓墊環(huán)進(jìn)行了處理和更換。機(jī)組檢修后,用容積法對該機(jī)組導(dǎo)葉漏水量進(jìn)行了測量,導(dǎo)葉漏水量由0.75 m3/s降低到0.408 m3/s,按照機(jī)組年均停機(jī)時(shí)間計(jì)算,全年可增發(fā)電量140萬千瓦時(shí),基本達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期。

        水輪機(jī);導(dǎo)葉漏水;水量測量;危害;處理

        1 概 述

        寶珠寺水電站位于四川省廣元市境內(nèi),是嘉陵江水系白龍江干流上第二座水電站,安裝四臺單機(jī)容量為175 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)容量700 MW,1996年12月首臺機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電,電站具有不完全年調(diào)節(jié)能力,擔(dān)負(fù)著四川電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和事故備用的任務(wù)。

        水輪機(jī)主要性能特性及技術(shù)參數(shù)如下:

        型號:HLD89-LJ-500

        設(shè)計(jì)水頭:84.4 m

        最低水頭:68.5 m

        最高水頭:103 m

        設(shè)計(jì)流量:239 m3/s

        額定出力:178.6 MW

        額定轉(zhuǎn)速:136.4 r/min

        飛逸轉(zhuǎn)速:275 r/min

        水輪機(jī)軸向水推力:8044 kN

        吸出高度:-3 m

        水輪發(fā)電機(jī)由東方電機(jī)股份有限公司設(shè)計(jì)、制造,過去由于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)制造受設(shè)計(jì)、工藝、材料和生產(chǎn)能力的局限以及機(jī)組長時(shí)間不良工況下運(yùn)行等因素影響,設(shè)備老化問題日趨嚴(yán)重,尤其是機(jī)組導(dǎo)葉漏水量逐年增大,機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)蠕動(dòng)問題,嚴(yán)重影響機(jī)組安全,因此有必要對機(jī)組的導(dǎo)葉漏水問題進(jìn)行處理。

        2 導(dǎo)葉漏水量測量

        導(dǎo)葉漏水量的測量方法有多種,較簡單和傳統(tǒng)的測量方法是容積法。容積法測量主要是在關(guān)閉進(jìn)口閥門的情況下,通過測量鋼管壓力在一定時(shí)間內(nèi)的變化情況,然后根據(jù)已知管道的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,從而求得導(dǎo)葉的漏水量。國家規(guī)范:GB/T 15468-2006 水輪機(jī)基本技術(shù)條件5.7.1條規(guī)定,在額定水頭下,圓柱式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)漏水量不應(yīng)大于水輪機(jī)額定流量的3‰。我廠標(biāo)準(zhǔn)限值:0.717 m3/s。

        測點(diǎn)主要為導(dǎo)葉進(jìn)口處的壓力測量點(diǎn),以及試驗(yàn)開始和結(jié)束的時(shí)間。根據(jù)上述的測量原理和測點(diǎn)布置情況,通過計(jì)算可以求得導(dǎo)葉漏水量,計(jì)算公式如下:(m3/s)

        式中Q為導(dǎo)漏水流量;g為重力加速度;D為鋼管直經(jīng)(內(nèi)徑6m);ρ為水的密度;P1為開始時(shí)刻測量處壓力;P2為結(jié)束時(shí)刻測量處壓力;t1為初始時(shí)刻的時(shí)間;t2為結(jié)束時(shí)刻的時(shí)間。

        按照容積法對14F機(jī)組導(dǎo)葉漏水量進(jìn)行30分鐘測量,蝸水壓由0.80 MPa降至0.32 MPa,將測量數(shù)據(jù)代入公式計(jì)算,該機(jī)組導(dǎo)葉漏水量達(dá)到0.75 m3/s,已超過標(biāo)準(zhǔn)限值。

        3 導(dǎo)葉漏水產(chǎn)生的危害

        導(dǎo)葉漏水量是評判高、中水頭水輪機(jī)安裝和檢修質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一。機(jī)組停機(jī)備用期間,水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水不僅浪費(fèi)水能資源,過大的漏水量還將影響機(jī)組的正常操作,造成設(shè)備損壞,具體表現(xiàn)如下:

        3.1 水資源的浪費(fèi)

        受水庫來水減少及電網(wǎng)裝機(jī)容量逐年增加等因素影響,機(jī)組停機(jī)備用時(shí)間已達(dá)到5 000小時(shí)以上,按照處理前的漏水情況進(jìn)行計(jì)算,全年4臺機(jī)組損失的電量達(dá)到1 000萬千瓦時(shí)。

        3.2 加快導(dǎo)葉及過流部件氣蝕

        由于導(dǎo)葉端面、立面間隙的存在,當(dāng)水流經(jīng)過較為狹小的導(dǎo)葉間隙時(shí),水流速度會突然變化,這會引發(fā)局部壓力降低,當(dāng)壓力降低到當(dāng)前溫度的汽化壓力時(shí),就會出現(xiàn)空化和空蝕現(xiàn)象,對機(jī)組過流部件造成破壞。

        3.3 影響停機(jī)甚至燒瓦

        機(jī)組停機(jī)時(shí),過大的間隙造成的漏水會有很大的射流速度,特別是制動(dòng)氣壓壓力較低或制動(dòng)閘塊磨損較嚴(yán)重的情況下,機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件將長時(shí)間低轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng),影響機(jī)組正常停機(jī),加重各軸承部件的磨損,甚至軸瓦燒毀。

        4 漏水原因及處理

        4.1 導(dǎo)葉立面間隙過大

        修前數(shù)據(jù)中,大部分導(dǎo)葉立面間隙較大,且部分間隙長度已超過導(dǎo)葉總長度的25%。利用機(jī)組解體檢修機(jī)會,對導(dǎo)葉大小頭立面止水面進(jìn)行鑲焊不銹鋼條、精刨處理,從而保證立面間隙的密封要求;在滿足技術(shù)要求的前提下,對接力器壓緊行程(5-7 mm)按上限進(jìn)行調(diào)整。

        導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝完成調(diào)速器建壓后,參照修后初次導(dǎo)葉立面間隙測量數(shù)據(jù),通過分布法對導(dǎo)葉立面間隙進(jìn)行調(diào)整,用0.05 mm的塞尺檢查通不過。

        4.2 導(dǎo)葉端面間隙過大

        底環(huán)表面屬于精加工面,經(jīng)過多次的局部補(bǔ)焊打磨處理,現(xiàn)底環(huán)抗磨板表面存在不平整現(xiàn)象,嚴(yán)重影響底環(huán)安裝水平的測量和調(diào)整。鑒于底環(huán)變形情況,對底環(huán)抗磨板返廠加工0.30 mm,為滿足安裝尺寸要求,在底環(huán)抗磨板上加工環(huán)形槽,安裝彈性密封(見圖1),補(bǔ)償加工量,同時(shí)對導(dǎo)葉下端面間隙進(jìn)行補(bǔ)償;端面間隙調(diào)整時(shí)按廠家設(shè)計(jì)下限選定,端面間隙按設(shè)計(jì)圖紙要求(0.25-0.60 mm)的下限值調(diào)整,同時(shí)對影響端面間隙的導(dǎo)葉進(jìn)行打磨,預(yù)裝,對套筒下部壓墊環(huán)進(jìn)行了整體更換。

        底環(huán)組裝好后進(jìn)行水平測量,底環(huán)測量面符合要求,頂蓋與底環(huán)的平行度偏差在0.05 mm/m以內(nèi),符合安裝技術(shù)規(guī)范要求,端面間隙偏差較小。

        圖1 底環(huán)導(dǎo)葉端面密封裝配圖

        4.3 導(dǎo)葉軸頸密封損壞

        導(dǎo)葉軸頸密封主要是防止蝸殼中的水進(jìn)入頂蓋和防止水中的泥沙進(jìn)入套筒,以免磨損軸頸和軸套,分為中軸頸密封和下軸頸密封兩類,軸頸密封件在安裝及運(yùn)行過程中極易損壞,從而引起導(dǎo)葉套筒漏水。在檢修過程中主要從兩方面進(jìn)行控制,一是O型密封材料的選擇,二是密封件及導(dǎo)水部件安裝質(zhì)量的控制。

        4.4 機(jī)組運(yùn)行工況差

        我廠作為四川電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻電廠,平均每月單機(jī)開停次數(shù)為60次左右,負(fù)荷調(diào)整次數(shù)上百次,機(jī)組穿越振動(dòng)區(qū)頻繁,水輪機(jī)過流部件氣蝕嚴(yán)重。通過優(yōu)化發(fā)電計(jì)劃、當(dāng)值人員與調(diào)度人員溝通等方式,使機(jī)組盡量在高效、穩(wěn)定區(qū)域運(yùn)行,最大限度地降低不良工況對機(jī)組的損傷。

        5 結(jié) 語

        混流式水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水受導(dǎo)水部件設(shè)計(jì)、材料、制造以及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝、機(jī)組運(yùn)行工況等諸多方面因素影響,是水電站常見的問題。水輪機(jī)導(dǎo)葉漏水不僅造成水資源的浪費(fèi),同時(shí)對機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行均造成影響。寶珠寺在機(jī)組解體大修過程中,檢修人員對活動(dòng)導(dǎo)葉進(jìn)行了補(bǔ)焊、打磨處理以及線型修復(fù),將變形底環(huán)返廠加工,并在底環(huán)抗磨板部位新增密封條,對導(dǎo)葉套筒密封以及壓墊環(huán)進(jìn)行了處理和更換。機(jī)組檢修后,用容積法對該機(jī)組導(dǎo)葉漏水量進(jìn)行了測量,導(dǎo)葉漏水量由0.75 m3/s降低到0.408 m3/s,按照機(jī)組年均停機(jī)時(shí)間計(jì)算,全年可增發(fā)電量140萬千瓦時(shí),基本達(dá)到了項(xiàng)目預(yù)期。

        [1] 《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》(GB/T8564-2003);

        [2] 張誠、陳國慶.水輪發(fā)電機(jī)組檢修.北京:中國電力出版社,2011;

        TK733+.1;TK736;O655.9

        B

        1001-2184(2017)05-0113-02

        2017-09-29

        黃隆志(1983-),男,湖南瀏陽人,畢業(yè)于河北工程大學(xué)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)(水動(dòng)方向),助理工程師,寶珠寺水力發(fā)電廠從事運(yùn)行技術(shù)與管理工作.

        (責(zé)任編輯卓政昌)

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