劉 波，蹇萬(wàn)祥，陳 棟

(雅礱江流域水電開發(fā)有限公司，四川成都 610051)

0 引言

官地水電站位于四川省涼山州西昌市與鹽源縣交界的雅礱江上，與西昌市直線距離約40 km，是錦屏一、二級(jí)電站和二灘電站的中間梯級(jí)電站。

官地水電站樞紐主要建筑物由左右岸擋水壩、中孔壩段和溢流壩段(碾壓混凝土重力壩)、消力池、右岸引水系統(tǒng)及地下廠房發(fā)電系統(tǒng)組成。右岸布置引水發(fā)電系統(tǒng)，壓力管道采用單機(jī)單管供水，右岸地下廠房裝機(jī)4臺(tái)600 MW機(jī)組，總裝機(jī)容量2 400 MW，年平均發(fā)電量為111.29億kW·h。

電站的開發(fā)任務(wù)主要是發(fā)電，與錦屏一、二級(jí)電站作為一組電源同步運(yùn)行，在電力系統(tǒng)中承擔(dān)調(diào)峰及調(diào)頻任務(wù)。四臺(tái)機(jī)組于2013年3月全部投產(chǎn)發(fā)電，為HLD538-LJ-770型混流式立軸水輪機(jī)。

1 頂蓋排水系統(tǒng)組成

水輪機(jī)頂蓋排水系統(tǒng)主要由頂蓋自流排水、機(jī)坑自流排水、頂蓋排水泵排水和頂蓋平壓排水系統(tǒng)組成，正常頂蓋內(nèi)部積水以頂蓋自流排水為主，頂蓋與轉(zhuǎn)輪間積水以頂蓋平壓排水為主[1]。頂蓋自流排水主要是通過(guò)設(shè)置在座環(huán)固定導(dǎo)葉上的4個(gè)Φ115 mm排水孔，以自流方式排至滲漏集水井。機(jī)坑自流排水主要是通過(guò)設(shè)置在機(jī)坑里襯上的Φ219 mm排水管，同樣以自流方式排至滲漏集水井。頂蓋排水泵排水主要是通過(guò)設(shè)置在頂蓋底板上的兩臺(tái)潛水泵，來(lái)排除較大的頂蓋內(nèi)部漏水，通過(guò)水泵排至水輪機(jī)尾水管。頂蓋平壓排水主要是通過(guò)布置在頂蓋內(nèi)部的8根Φ325 mm平壓排水管，將頂蓋與轉(zhuǎn)輪上腔的積水排至尾水管。

2 頂蓋平壓排水金屬軟管存在的問(wèn)題

官地水輪機(jī)頂蓋為鋼板焊接結(jié)構(gòu)。為了減輕機(jī)組運(yùn)行中的軸向水推力以及減小頂蓋的水壓力，提高推力軸承運(yùn)行的安全可靠性，在頂蓋上均勻開設(shè)了8個(gè)DN300直通水輪機(jī)尾水管的頂蓋平壓排水管。上止漏環(huán)漏入頂蓋與轉(zhuǎn)輪上腔的水，經(jīng)頂蓋平壓排水管直接排到尾水管。在機(jī)坑里襯與頂蓋間采用DN300金屬軟管進(jìn)行連接，這樣設(shè)計(jì)的初衷主要是考慮到金屬軟管的柔韌性、伸縮性、彎曲和抗振能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

機(jī)組投運(yùn)后不久，部分頂蓋平壓金屬軟管陸續(xù)出現(xiàn)刺水及漏水情況如圖1所示， 由于頂蓋排水系統(tǒng)排水能力較強(qiáng)，未發(fā)生水淹頂蓋事故，但嚴(yán)重影響了機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，甚至造成了機(jī)組的強(qiáng)迫停運(yùn)。更換金屬軟管必須將尾水檢修閘門落下，對(duì)尾水管進(jìn)行排水，并且更換頂蓋平壓金屬軟管的拆除及安裝極為不方便，影響搶修時(shí)間。

圖1 頂蓋平壓金屬軟管結(jié)構(gòu)圖

3 原因分析

官地水輪機(jī)頂蓋平壓金屬軟管結(jié)構(gòu)為采用尺寸為DN300的不銹鋼波紋管外編鋼帶網(wǎng)套，兩端均為固定式法蘭，一端與頂蓋連接，另一端與機(jī)坑里襯連接。其主要漏水原因分析如下：

(1) 由于機(jī)坑里襯與頂蓋加工尺寸受設(shè)備安裝相關(guān)因素的影響下，導(dǎo)致機(jī)坑里襯與頂蓋不完全同心，導(dǎo)致機(jī)坑里襯與頂蓋間距離也不盡相同。部分機(jī)坑里襯與頂蓋間最小距離與最大距離超過(guò)了金屬軟管允許的設(shè)計(jì)伸縮值，金屬軟管長(zhǎng)期受到軸向的拉力及壓力，影響金屬軟管的使用壽命。

(2) 水輪機(jī)機(jī)組安裝過(guò)程中，先安裝機(jī)坑里襯上的金屬軟管連接法蘭，后吊入頂蓋。由于安裝及制造誤差的影響，導(dǎo)致部分機(jī)坑里襯上的法蘭與頂蓋上的法蘭存在扭斜現(xiàn)象，而金屬軟管兩端連接法蘭均為固定式結(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致金屬軟管本體也存在扭曲現(xiàn)象，影響了金屬軟管的使用壽命。

(3) 由于頂蓋與機(jī)坑里襯間布置有電纜橋架及水輪機(jī)測(cè)壓管，在安裝金屬軟管時(shí)必須將金屬軟管進(jìn)行足夠的壓縮，使其尺寸縮短，金屬軟管方能入位，在對(duì)金屬軟管進(jìn)行預(yù)壓縮過(guò)程中，也可能損壞其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，影響金屬軟管的使用壽命。

綜上所述，在上述各方面因素作用下，以及在機(jī)組振動(dòng)的長(zhǎng)期影響下，導(dǎo)致水輪機(jī)頂蓋平壓金屬軟管破裂漏水。

4 頂蓋平壓金屬軟管改造

為了解決水輪機(jī)頂蓋平壓金屬軟管漏水問(wèn)題，保證機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)原頂蓋與機(jī)坑里襯間管路進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，確定了如下改造方案：

選擇不銹鋼補(bǔ)償接頭作為改造該管路的主要連接部件。取消原金屬軟管作為連接管路，采用不銹鋼管現(xiàn)場(chǎng)配裝，兩鋼管中間間隙控制在5 mm以內(nèi)，然后該間隙處安裝一個(gè)不銹鋼補(bǔ)償接頭作為軟連接，改造后的結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 頂蓋平壓金屬軟管漏水情況

該不銹鋼補(bǔ)償接頭是將不銹鋼和橡膠制造成元件組合裝置來(lái)達(dá)到密封承壓功能，可用于各種材質(zhì)的管道連接，無(wú)軸向約束力，可對(duì)軸向位移和角度偏斜進(jìn)行補(bǔ)償；允許錯(cuò)角，可連接軸心不對(duì)中，直徑不同管道，內(nèi)部密封結(jié)構(gòu)可隨管內(nèi)壓力增加使密封效果得到增加。主要安裝步驟如下：

(1) 選擇與原法蘭尺寸相同的不銹鋼法蘭分別安裝在頂蓋與機(jī)坑里襯法蘭上，將DN300的不銹鋼管分別與兩法蘭進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)配裝，兩鋼管中間的間隙小于5 mm。

(2) 將不銹鋼補(bǔ)償接頭安裝于管道上，并且使鋼管間的間隙處于不銹鋼補(bǔ)償接頭的中間位置處，按照規(guī)定力矩將補(bǔ)償接頭的拉緊螺栓進(jìn)行擰緊。

(3) 將不銹鋼管與兩端法蘭進(jìn)行點(diǎn)焊固定，取出不銹鋼補(bǔ)償接頭及兩端法蘭和鋼管，將不銹鋼管與法蘭進(jìn)行內(nèi)外雙面滿焊。

(4) 將焊接后的一端法蘭和鋼管安裝于機(jī)坑里襯上，并將不銹鋼補(bǔ)償接頭套在安裝好的鋼管上，然后再將另一端的法蘭和鋼管安裝于頂蓋上，安裝過(guò)程中控制兩鋼管的同心度不大于2 mm，最后將補(bǔ)償接頭放置于兩鋼管的間隙處，按規(guī)定力矩把緊螺栓。

5 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合各機(jī)組的檢修工作， 官地水電站所有機(jī)組的水輪機(jī)頂蓋平壓排水金屬軟管均進(jìn)行了改造。由于該結(jié)構(gòu)便于安裝和檢修維護(hù)，發(fā)生漏水時(shí)，無(wú)須進(jìn)行尾水管排水，即可進(jìn)行補(bǔ)償接頭的更換工作，極大的縮減了檢修工期。經(jīng)過(guò)3年多的運(yùn)行檢驗(yàn)，改造后的頂蓋平壓排水管未出現(xiàn)過(guò)漏水或滲水現(xiàn)象，達(dá)到了改造的預(yù)期效果。

圖3 改造后的頂蓋平壓排水管結(jié)構(gòu)圖及現(xiàn)場(chǎng)安裝圖