劉智,楊兵

(中國水利水電第三工程局有限公司,陜西 西安 710032)

國網(wǎng)陜西安康水力發(fā)電廠3號機組水輪機改造

劉智,楊兵

(中國水利水電第三工程局有限公司,陜西 西安 710032)

安康電廠水輪發(fā)電機進過長期運行后,轉(zhuǎn)輪下環(huán),尾水管上方的基礎(chǔ)環(huán)氣蝕嚴重,尾水錐管混泥土有掏空情況,機組運行擺渡較大,導(dǎo)葉立面間隙增大導(dǎo)致漏水量較大等問題,需要對機組進行檢修改造.

修復(fù);安裝;改造;施工

1 安康電廠簡介

安康電廠位于陜西省安康市于1978年開工興建,1992年全部建成投產(chǎn).安裝有4臺200MW的水輪發(fā)電機組,總裝機容量800MW,承擔(dān)著陜西電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻任務(wù).水輪機組由東方電機廠設(shè)計制造,型號為HL220-LJ-550,額定出力204MW,最大水頭88m,額定水頭76.2m,最小水頭57m,額定流量304m3/s,額定轉(zhuǎn)速107.1r/min,轉(zhuǎn)輪直徑5.5m,單臺水輪機總重約300t.

2 水輪機改造背景

《國網(wǎng)安質(zhì)部關(guān)于開展安康水電廠安全性評價專家查評工作的通知》第五條主要問題及整改建議:開展機組的A級檢修,對轉(zhuǎn)輪下環(huán),尾水管上方的基礎(chǔ)環(huán)的氣蝕及尾水錐管混泥土掏空情況做全面的檢查、處理.

改造前水輪機運行存在以下問題.

(1)水導(dǎo)軸承擺度增大,機組運行瓦溫較高接近報警值.

(2)水輪機轉(zhuǎn)輪泄水錐焊縫開裂.

(3)水輪機轉(zhuǎn)輪葉片下部氣蝕嚴重.

(4)導(dǎo)葉立面間隙增大,導(dǎo)葉漏水量較大.

(5)導(dǎo)葉套筒密封漏水嚴重.

(6)尾水錐管氣蝕、裂紋嚴重.

(7)電站1~4機組中3號機組運行工況最差,振動噪聲大,本次改造3號機組.

3 工程合同施工范圍

以水輪機與發(fā)電機聯(lián)軸法蘭為分界,拆除原有水輪機成套設(shè)備,包括轉(zhuǎn)動部分和固定部分(與蝸殼焊接的水輪機座環(huán)和固定導(dǎo)葉除外),安裝新水輪機成套設(shè)備.

(1)拆除原水輪機組成套設(shè)備及相關(guān)閥門.

(2)尾水管錐管部分更換,割除尾水錐管上管口以下高度1.4米鋼襯,開挖并回填直徑方向深度500mm,軸線方向高度不小于1.4米的混凝土,安裝焊接新尾水錐管鋼襯并回填.

(3)安裝新?lián)Q水輪機成套設(shè)備及其附件,水輪機轉(zhuǎn)輪與水輪機軸分解并吊運至廠區(qū)指定位置.

(4)完成水輪機更換后的整體軸線調(diào)整.

(5)機組啟動調(diào)試的相關(guān)實驗.轉(zhuǎn)輪動平衡實驗、機組穩(wěn)定性實驗、機組效率實驗、甩負荷及接力器不動作實驗、過速實驗、漏水量實驗、調(diào)速器參數(shù)設(shè)定.

4 主要施工技術(shù)

4.1 機組中心測定

在機組安裝時拆除的舊設(shè)備全部替換為新設(shè)備,機組安裝首先要確定機組的中心,機組中心測定方法為以原下止漏環(huán)中心確定,具體步驟如下.

(1)將已經(jīng)拆除的下止漏環(huán)按照原位置回裝,打入定位銷,確保安裝確定.

(2)在發(fā)電機定子上部掛鋼琴線,鋼琴線重錘放置在尾水錐管檢修平臺上,以滿足中心測定完畢后,可以測定發(fā)電機定子圓度及中心.

(3)以下止漏環(huán)為中心調(diào)整鋼琴線的中心,選擇止漏環(huán)一圓周表面較光滑平整的區(qū)域,用砂紙打磨除去表面銹跡,等分對稱16個點,用內(nèi)徑千分尺測定對稱點距離鋼琴線距離,中心偏差≤0.05mm.

(4)鋼琴線中心測定后,將座環(huán)上法蘭鏜口表面除銹,用砂紙打磨光滑,并等分8點,用同樣方式測量鋼琴線距座環(huán)上法蘭鏜口8個點的距離,保存此數(shù)據(jù)(也就是將止漏環(huán)中心返到座環(huán)上法蘭鏜口),在后續(xù)的機組安裝過程中,水輪機底環(huán)、頂蓋,基礎(chǔ)環(huán)均以此中心數(shù)據(jù)為基準調(diào)整其部件安裝的中心.

(5)將固定導(dǎo)葉下鏜口表面處理光潔,并分成8等分點,用同樣的方式測定8個點距離鋼琴線的距離,保存此數(shù)據(jù),此中心數(shù)據(jù)作用同座環(huán)上法蘭鏜口的數(shù)據(jù)作用一樣,均是為水輪機安裝確定中心而用,此組數(shù)據(jù)作為備用,防止在施工過程中座環(huán)上法蘭面的數(shù)據(jù)或者標記點遭到破環(huán).

4.2 尾水錐管更換

(1)搭設(shè)平臺.打開尾水進人門,在尾水錐管內(nèi)搭設(shè)檢修平臺.檢修平臺分為兩層,下面一層用電廠成品尾水檢修平臺,先搭設(shè)兩根主梁,在主梁上面鋪設(shè)副梁,按照裝配順序鋪設(shè)地板.在四周用細鋼繩固定在副梁的吊點上,掛在錐管壁吊點上,以保證平臺平穩(wěn)安全.上面一層用14號槽鋼焊接成框架結(jié)構(gòu),再在槽鋼上鋪滿木板,此平臺用于承重.

(2)尾水錐管割除.平臺搭設(shè)完畢檢驗收合格后,開始用碳弧氣刨將尾水錐管上半部分刨除(上管口住下1.4m),割除時要分多個小塊進行分解.水機轉(zhuǎn)輪和大軸吊出機坑前重量由基礎(chǔ)環(huán)和混凝土承重,由于工期緊,尾水錐管混凝土拆除時轉(zhuǎn)輪還未吊出,為確保安全,尾水錐管拆除時保留對稱4個區(qū)域暫時先不割除,作為支撐轉(zhuǎn)輪重量的支墩,只拆除間隔的4個區(qū)域的錐管和混凝土,待主軸轉(zhuǎn)輪吊出機坑后再割除.

(3)錐管外圍混凝土開挖.具體為:直徑方向深度500mm,軸線方向高度不小于1.4米的混凝土.混凝土拆除主要用風(fēng)鎬釬配合無聲膨脹劑拆除,即先用風(fēng)鎬將需要拆除部分圓周鑿出寬100左右的槽,深度400mm左右,再在要拆除區(qū)域內(nèi)鉆孔深度400mm并灌入膨脹劑,待400mm深混凝土拆除完畢后,100mm深混凝土用風(fēng)鎬手動拆除.露出鋼筋用火焰割除.混凝土拆除完成后所有鋼筋都留200~300mm長的鋼筋頭,便于后期鋼筋搭接焊.拆下的混凝土前期用推車通過尾水錐管進人孔通道從吊物孔吊出廠房,臨時在廠外堆放,最后將拆除的混凝土運至渣場.

(4)鋼筋布置.立筋和環(huán)筋鋼筋規(guī)格和布置方式按照原圖紙補充,規(guī)格φ25螺紋鋼,鋼筋間距200mm,插筋入孔深度200mm,外露200mm,插筋孔直徑40mm,用錨固劑錨固.

(5)尾水錐管安裝順序.先將8瓣錐管按現(xiàn)場底環(huán)和下段尾水錐管的實際位置進行拼裝,配割與下段尾水錐管組合縫,調(diào)整其圓度、高程、同心度以及與錐管下段的組合縫間隙、錯牙等滿足以下技術(shù)要求并加固牢靠:間隙小于4mm,內(nèi)表面錯口不超過2mm.合格后,在內(nèi)表面用調(diào)節(jié)板和點焊的方法將其與肘管固定牢靠.尾水錐管全部拼裝完畢后,拆下有進人孔的4瓣尾水錐管,在留下的4瓣錐管從兩側(cè)進入安裝錨鉤,錨鉤與錐管焊接后再和鋼筋焊接牢固,待所有錨鉤安裝完畢,再回裝4瓣有進人孔的錐管,通過進人門進入焊接錨鉤,最后安裝進人門并封焊.尾水錐管的拼裝焊接,焊接用廠家提供的焊材,嚴格按照焊接方案焊接順序進行焊接防止焊接變形和焊縫裂紋.

(6)澆筑.焊接完畢后經(jīng)過超聲波探傷檢查合格后,進行澆筑,錐管預(yù)留澆筑孔直徑300mm,空洞小,內(nèi)部鋼筋網(wǎng)較密,無法保證振搗密實.根據(jù)施工經(jīng)驗,對于鋼筋密布,混凝土有效空間比較小,選擇C25二級配自密實混凝土,自密實混凝土具有流動性強、粒徑小、澆筑過程中無需振搗強等優(yōu)點.

商混站用罐車將混凝土運輸至安裝間,用橋機吊運料斗的方式將混凝土吊運至檢修平臺上方,通過溜槽將混凝土引入料倉,澆筑完畢經(jīng)過28天后,再進行錐管脫空檢查,灌漿密實.此次混凝土澆筑量為17m3.

(7)灌漿.檢查脫空的地方用磁力鉆在錐管鋼襯上打孔,每個脫空區(qū)域高、低各打一個空,打孔直徑20mm,采用1:1或0.5:1的漿液灌漿,灌漿壓力0.2~0.3MPa,從底部孔灌漿,直到上部的孔漿液溢出,每個脫空的區(qū)域以同樣的方式進行灌漿處理,本次尾水錐管灌漿脫空面積14.8m2;灌漿孔11個,注漿量32公斤,經(jīng)現(xiàn)場聯(lián)合驗收合格,達到規(guī)范要求.灌漿結(jié)束后尾水錐管安裝澆筑全部完畢.

4.3 座環(huán)測量修磨

測定:頂蓋法蘭面加工需要現(xiàn)場實際測量,機組拆除工作完畢后,現(xiàn)場測量座環(huán),測量結(jié)果如圖1所示.

圖1 座環(huán)結(jié)構(gòu)示意圖

(1)E面 水 平Max-Min=1.03mm( 標 準≤0.30mm).

(2)C面水平Max-Min=0.82mm(標準≤0.30mm).

(3)D面水平Max-Min=1.00 mm(標準≤0.30mm).

(4)實測H=2550(-0.19~-0.34)mm.

(5)實測L=765(+0.04~-0.20)mm.

修磨過程:將E面向圓周方向劃分48等份區(qū)域,測量找出最低區(qū)域,以最低區(qū)域為基準,打磨高于基準區(qū)域的其它區(qū)域,打磨工具為磨光機、砂輪機,測量工具電子水準儀(精度0.01mm)、銦鋼尺、刀尺、平尺、框式水平儀,經(jīng)過9次打磨,用時7天時間,將E面平均降低了0.9mm,E水平達到Max~Min≤0.20mm,通過驗收合格,同樣方式修磨C面,并控制H的高度,對D面密封槽除銹,D面的V型密封槽內(nèi)手工修磨無法保證修磨后的密封效果,只能對V型密封槽高度整體降低,保證L的距離,經(jīng)過7天時間D面、C面打磨合格.

4.4 機組盤車軸線調(diào)整

安康電廠3號機組轉(zhuǎn)動部件有上端軸、轉(zhuǎn)子軸、下端軸、水輪機軸4節(jié)軸,鏡板位于下端軸上法蘭底部,轉(zhuǎn)動部件承重于下機架中心體內(nèi)的推力瓦上,上導(dǎo)瓦浸沒于上機架中心體油槽內(nèi)箍于上端軸的軸領(lǐng)處,水導(dǎo)瓦位浸沒于水導(dǎo)油槽內(nèi)箍與水機軸軸領(lǐng)處,機組沒有下導(dǎo)瓦.

盤車.機組盤車是將鋼絲繩固定在轉(zhuǎn)子支架上部的固定樁上,鋼絲繩通過導(dǎo)向滑輪,用起重機垂直起吊,驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動盤車,按俯視順時針方向?qū)⑥D(zhuǎn)動部件各法蘭和軸領(lǐng)處統(tǒng)一方位分成8等分并順序編號1~8,并在每個法蘭和軸領(lǐng)處的+y和+x方向設(shè)置百分表,轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動過程中記錄各個點轉(zhuǎn)動到百分表時百分表的數(shù)值,用記錄數(shù)據(jù)繪制機組軸線的折線圖,計算大軸各部位擺度值,根據(jù)軸線折線圖判斷需要調(diào)整的位置和調(diào)整加墊數(shù)量.

加墊調(diào)整.根據(jù)盤車數(shù)據(jù),發(fā)電機下端軸以下部分軸線基本豎直,下端軸以上部分發(fā)生反方向曲折,轉(zhuǎn)子和上端軸又是折線趨勢,結(jié)果分析認為首先需要在下端軸和轉(zhuǎn)子連接部位加墊調(diào)整,然后在上端軸法蘭連接處水平位移調(diào)整,首先在轉(zhuǎn)子與下端軸連接處6號點位置加入0.07mm銅皮(最大處),回裝后,再將上端軸從5號點向1號點位置水平移動0.06mm,再次盤車,盤車結(jié)果上導(dǎo)凈擺度0.04mm,水導(dǎo)凈擺度為0.08mm,遠遠小于檢修之前的擺度值,達到非常理想的效果,由于上端軸進行了水平移動,原有的定位銷孔已經(jīng)錯位無法安裝,將原φ50mm定位銷孔鉆絞擴大至φ52mm,定位銷重新加工配銷安裝.

4.5 主軸密封處理

(1)出現(xiàn)問題.2017年5月26日,3號機組調(diào)試啟動時發(fā)現(xiàn)主軸密封工作密封的橡膠塊由于摩擦,產(chǎn)生大量的黑煙,并有燒焦的氣味.

(2)原因分析.停機后檢查故障,機組在啟動運行投入主軸密封水,密封水頂起橡膠密封后,由于橡膠密封塊與密封槽配合緊密,摩擦力大,沒有足夠的密封水流出密封塊上部水槽,沒有起到潤滑作用,致使密封塊與轉(zhuǎn)環(huán)干磨產(chǎn)生大量的煙并有異味.

(3)處理方法及效果.經(jīng)施研究,確定處理方法為:一是對密封塊寬厚度整體打磨處理,使其厚度減小1mm,以減小密封塊與密封腔的摩擦;二是在密封塊外側(cè)面開8個30mmX15mm寬的泄水槽,使多余的密封水流出密封塊底部,可以減少密封塊底部壓力,向上的壓力;三是在密封塊中間增加上下貫穿的4個φ10mm通水孔,有足量的水流出密封上部潤滑密封塊與轉(zhuǎn)換.

(4)處理效果.經(jīng)過處理,工作密封部件運轉(zhuǎn)達到預(yù)期理想效果,滿足機組運行的條件.

5 機組改造后運行情況

改造后的機組運行狀況良好,振動、噪音、瓦溫明顯減小,新機組運行72小時狀態(tài)如下.

(1)水導(dǎo)瓦溫.最大34度,最小29度(平均瓦溫較改造前降低10℃).

(2)頂蓋振動.水平振動11μm,垂直振動19μm.

(3)水導(dǎo)擺度.+Y102μm,+X110μm.

(4)上導(dǎo)擺度.+Y73μm,+X57μm.

(5)導(dǎo)葉漏水量由于電廠條件不具備測量條件,無法準確測量,導(dǎo)葉在安裝調(diào)整時導(dǎo)葉立面間隙和端面間隙測量均無間隙,漏水量大的情況得到改善.

6 結(jié)語

安康水電站3號機組水輪機改造工作于2016年11月4日開工,主要進行舊設(shè)備無損壞拆除、尾水錐管更換、新水輪機設(shè)備安裝調(diào)試等,2017年5月25日機組開機調(diào)試,經(jīng)過靜態(tài)、動態(tài)、試運行、設(shè)備消缺后,于2017年5月30日投入運行,3號機組按期投產(chǎn)發(fā)電,改造后水輪機運行平穩(wěn),在提高機組穩(wěn)定性和改善運行工況方面都取得了顯著成績,達到了預(yù)期目標.

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1671-0711(2017)11(上)-0070-03