杜 杰，劉定偉，彭云劍

(國電大渡河檢修安裝有限公司，四川 樂山 614900)

瀑布溝水電站采用單機(jī)容量600 MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組,共6臺(tái),其中2、4、6號(hào)水輪機(jī)由東電生產(chǎn),活動(dòng)導(dǎo)葉24塊，額定水頭156.7 m，最大水頭181.7 m，最小水頭114.3 m。6號(hào)機(jī)于2009年12月23日投入運(yùn)行，截止大修前已運(yùn)行10年之久。2019年5月16日，瀑布溝6F機(jī)組C級(jí)檢修期間，首次發(fā)現(xiàn)活動(dòng)導(dǎo)葉軸身出現(xiàn)裂紋，總計(jì)104條，其中導(dǎo)葉軸身上軸徑裂紋1條、導(dǎo)葉軸身下軸徑裂紋3條、導(dǎo)葉瓣體裂紋100條。

經(jīng)過分析東電機(jī)組活動(dòng)導(dǎo)葉材質(zhì)為ZG06Gr16Ni5Mo，該材料提高了Cr、Ni的含量，Cr、Ni含量的提升同時(shí)也產(chǎn)生了δ鐵素體，材料中表面的逆變和殘余奧氏體，在外力的作用下(包括水流沖刷)，形成應(yīng)變馬氏體，這種馬氏體的硬度高于原始母材的回火馬氏體，更高的硬度差加速了缺陷的產(chǎn)生。

為徹底根治缺陷，避免電力安全生產(chǎn)事故，2020年瀑布溝6號(hào)機(jī)A級(jí)檢修，完成了導(dǎo)葉改造更換。

1 情況介紹

導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整是水輪發(fā)電機(jī)組檢修安裝過程中至關(guān)重要的一項(xiàng)節(jié)點(diǎn)工作。局部過大的導(dǎo)葉立面間隙將導(dǎo)致停機(jī)時(shí)導(dǎo)葉間隙射流，引發(fā)停機(jī)嘯叫；整體偏大的導(dǎo)葉立面間隙將導(dǎo)致導(dǎo)葉漏水量過大，易引起導(dǎo)葉間隙空蝕，損壞導(dǎo)葉，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成機(jī)組自轉(zhuǎn)。導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整的質(zhì)量要求是在導(dǎo)葉間隙關(guān)閉嚴(yán)密情況下，用0.05 mm塞尺檢查不能通過，允許最大局部間隙0.15 mm，其總長不超過瓣體的25%。瀑布溝水電站東電機(jī)組活動(dòng)導(dǎo)葉為東電生產(chǎn)，共24個(gè)，導(dǎo)葉總高4 205 mm,導(dǎo)葉瓣體高度1 525 mm(見圖1)，連桿為雙連桿偏心銷調(diào)整型式；機(jī)組安裝時(shí)導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整采用的是傳統(tǒng)捆綁導(dǎo)葉調(diào)整工藝方法。

圖1 導(dǎo)葉尺寸圖

2 傳統(tǒng)捆綁法的分析

瀑布溝水電站東電機(jī)組導(dǎo)葉立面間隙為導(dǎo)葉大小頭搭接面剛性密封。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)檢修后，上中下軸套、導(dǎo)葉、拐臂、頂蓋等導(dǎo)水機(jī)構(gòu)部件裝復(fù)調(diào)整完，導(dǎo)葉端面間隙合格，打入主副拐臂摩擦錐銷，導(dǎo)葉處于自由狀態(tài)。在瀑布溝6號(hào)機(jī)A級(jí)檢修導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整過程中，考慮到導(dǎo)葉瓣體高度較高，單根鋼絲繩捆綁，已出現(xiàn)拉緊力度不夠、導(dǎo)葉單端受力不均張口等現(xiàn)象。因此，采用兩根鋼絲繩在導(dǎo)葉上部、下部捆綁一圈半，兩頭用10 T手拉葫蘆焊接吊耳在蝸殼上，收緊葫蘆使鋼絲繩受力，用銅棒錘擊不合縫的拖導(dǎo)葉，使之全部關(guān)閉。

在施工過程中，發(fā)現(xiàn)采取調(diào)整方式仍存在以下不足：一是導(dǎo)葉表面容易損傷；二是導(dǎo)葉之間存在過大的鋼絲繩約束力，松開鋼絲繩后，約束力會(huì)重新分布，導(dǎo)致立面間隙發(fā)生變化；三是導(dǎo)葉整體圓度不能保證，導(dǎo)致個(gè)別導(dǎo)葉受力較大，極易造成剪短銷剪斷。采用鋼絲繩捆綁的調(diào)整方式，搭接面往往不能保證接觸面為面密封，出現(xiàn)點(diǎn)接觸或線接觸。與此，根據(jù)導(dǎo)葉各開度位置分布示意圖(見圖2)，佐證了當(dāng)導(dǎo)葉開度值分布不均時(shí)將明顯影響導(dǎo)葉分布圓度，造成偏心銷受力偏差大。

圖2 導(dǎo)葉開度分布示意圖

雖然此狀態(tài)導(dǎo)葉立面間隙值測量為零，但各導(dǎo)葉相對(duì)開度一致性較差，偏心銷調(diào)節(jié)余量差別極大，導(dǎo)葉拐臂偏心銷連接孔圓心分布圓不理想，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致在任意開度下導(dǎo)葉的轉(zhuǎn)動(dòng)角度不同，從而影響到水流均勻形態(tài)，引起水力不平衡。

3 調(diào)整工藝的改進(jìn)

瀑布溝水電站東電機(jī)組導(dǎo)葉連桿采用雙連桿偏心銷傳動(dòng)結(jié)構(gòu)型式(見圖3)。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)精度高，相對(duì)叉頭傳動(dòng)結(jié)構(gòu)調(diào)整量，偏心銷能更加精確地彌補(bǔ)導(dǎo)葉臂和導(dǎo)葉間的角度誤差、導(dǎo)葉臂長度誤差和連桿長度誤差，以確保導(dǎo)葉處于全關(guān)位置時(shí)，通過調(diào)整偏心銷偏心方位，使得連桿和控制環(huán)/導(dǎo)葉臂合適連接；缺點(diǎn)是受力情況相較叉頭更易損，調(diào)節(jié)余量較小。

圖3 導(dǎo)葉連桿裝配圖

瀑布溝水電站東電機(jī)組導(dǎo)葉為順時(shí)針分布，偏心銷調(diào)節(jié)量5 mm，在瀑布溝水電站6號(hào)機(jī)投運(yùn)后的首次A級(jí)檢修中，根據(jù)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)布置(見圖4)和傳統(tǒng)捆綁法缺點(diǎn)決定采用新的導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整方法，其工藝流程如下：

圖4 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及接力器安裝示意圖

1)預(yù)留壓緊行程。在接力器、控制環(huán)及導(dǎo)葉拐臂安裝到位后，先連接接力器推拉桿與控制環(huán)，并用手拉葫蘆拉動(dòng)接力器活塞桿全開全關(guān)，每次拉到頂缸位置，并記錄確認(rèn)接力器行程。接力器活塞停留在全關(guān)頂缸位置后，用千斤頂將接力器向全開方向頂回12 mm，比導(dǎo)葉設(shè)計(jì)壓緊行程9 mm多留3 mm余量，確保最終給定壓緊行程后運(yùn)行時(shí)不撞缸[1]。

2)捆綁導(dǎo)葉。采用兩根鋼絲繩在導(dǎo)葉上部、下部捆綁一圈半，兩頭用1零T手拉葫蘆焊接吊耳在蝸殼上，收緊葫蘆使鋼絲繩受力，用銅棒錘擊不合縫的拖導(dǎo)葉，使之趨于全部關(guān)閉[2]。

4)順時(shí)針分配間隙。在實(shí)際操作中，因相鄰導(dǎo)葉搭接面接觸面積不一致，搭接面加工補(bǔ)充量不一致，順時(shí)針頂推導(dǎo)葉操作不夠精確等綜合誤差因素影響，往往會(huì)出現(xiàn)頂推至在最后兩塊導(dǎo)葉時(shí)出現(xiàn)加工余量集中的超大間隙問題。此時(shí)，可測量該處具體間隙，再采用順時(shí)針均布法，將其間隙順時(shí)針依次按傳遞關(guān)系分配給其余導(dǎo)葉，從而在關(guān)閉時(shí)使各導(dǎo)葉的立面間隙等于零[3]。

5)偏心銷精調(diào)間隙。在上述各步驟實(shí)施后，導(dǎo)葉立面間隙已基本為零，進(jìn)行一次精確測量，并將相鄰導(dǎo)葉中不合格間隙及其長度在所在位置標(biāo)注明確。從1號(hào)導(dǎo)葉開始安裝調(diào)整偏心銷，每一次調(diào)整前需在與該導(dǎo)葉搭接的兩側(cè)相鄰導(dǎo)葉架設(shè)百分表，調(diào)整時(shí)導(dǎo)葉間隙為零但相鄰導(dǎo)葉動(dòng)作量不小于0.01 mm，將所有偏心銷按順時(shí)針依次按傳遞關(guān)系依次安裝敲緊，完成偏心銷調(diào)整安裝工作[4]。

6)修磨局部高點(diǎn)。對(duì)偏心銷整體調(diào)整工作完成后，復(fù)測間隙不合格，出現(xiàn)上中下間依舊隙不均勻及局部間隙偏差超大的導(dǎo)葉做好記號(hào)。打開導(dǎo)葉用銼刀或砂輪機(jī)修磨，直至合格。

7)導(dǎo)葉動(dòng)作試驗(yàn)。用調(diào)速器油壓操作導(dǎo)葉全開全關(guān)3次，測量導(dǎo)葉有壓間隙、導(dǎo)葉無壓間隙、導(dǎo)葉壓緊行程，三者數(shù)據(jù)均應(yīng)符合要求。至此導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整結(jié)束[5]。

4 調(diào)整工藝注意事項(xiàng)

1)捆綁導(dǎo)葉前，必須先連接接力器活塞桿與控制環(huán)，并預(yù)留足夠壓緊行程調(diào)節(jié)余量，并保證全開全關(guān)不撞缸。

2)捆綁導(dǎo)葉時(shí)，必須采用雙鋼絲繩拉力點(diǎn)對(duì)稱布置，且保證導(dǎo)葉有均勻間隙，防止初始調(diào)整過程中拉緊鋼絲繩損壞導(dǎo)葉。

3)逆時(shí)針頂推導(dǎo)葉，出現(xiàn)最后兩塊相鄰導(dǎo)葉間隙超大現(xiàn)象，使用順時(shí)針反向均分間隙方法消除，務(wù)必做好間隙測量與均分計(jì)算。

4)當(dāng)導(dǎo)葉間隙基本為零時(shí)，必須對(duì)所有間隙進(jìn)行一次測量標(biāo)記。

5)偏心銷進(jìn)行精調(diào)時(shí)，技術(shù)人員必須蝸殼內(nèi)和水車室內(nèi)保持通信暢通，用百分表監(jiān)測好相鄰導(dǎo)葉動(dòng)作情況，以確保偏心銷調(diào)節(jié)到位且不超標(biāo)。

6)導(dǎo)葉立面間隙合格，以導(dǎo)葉有壓間隙、導(dǎo)葉無壓間隙、導(dǎo)葉壓緊行程三者數(shù)據(jù)合格為準(zhǔn)。

5 新工藝的優(yōu)點(diǎn)

1)更多元，綜合了三種方法，可處理調(diào)整過程中的突發(fā)技術(shù)難題。

2)鋼絲繩拉動(dòng)次數(shù)少更不易損壞導(dǎo)葉表面，對(duì)稱布置的上下兩圈鋼絲繩使約束力更均勻。

3)調(diào)整監(jiān)測更直觀，導(dǎo)葉間隙調(diào)零更直觀量化。

4)更省時(shí)省力，正常情況下只需4～5人12 h就可完成調(diào)整工作。

5)可確保相鄰導(dǎo)葉大小頭搭接面足夠的接觸面積，保證導(dǎo)葉漏水量不超標(biāo)或不形成導(dǎo)葉間隙射流。

6)通過新方法調(diào)整后，雙連桿偏心銷只做微小角度調(diào)整，可使導(dǎo)葉搭接面基本上在與導(dǎo)葉分布圓同心的一個(gè)垂直圓柱面上，在任何開度下每個(gè)導(dǎo)葉間流道尺寸和導(dǎo)葉的角度都非常均勻，消除了機(jī)組運(yùn)行時(shí)因?qū)畽C(jī)構(gòu)調(diào)整誤差所引起的水力不平衡，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行打下了良好基礎(chǔ)。在瀑布溝水電站6號(hào)機(jī)的A修中采用了這種新工藝，取得了良好的效果。

6 結(jié) 語

通過采取以上所述優(yōu)化后的新導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整工藝，經(jīng)過近半年的試運(yùn)行，瀑布溝6號(hào)機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，無異常聲響，導(dǎo)葉漏水量滿足設(shè)計(jì)要求，為瀑布溝水電站的安全、穩(wěn)定生產(chǎn)提供了堅(jiān)實(shí)保障。