張得全

(甘肅鹽鍋峽發(fā)電有限公司,甘肅 永靖 731601)

1 1號(hào)機(jī)組狀況

八盤峽水電站是黃河干流上的一座徑流式中型電站，位于甘肅省蘭州市境內(nèi)。電站1969年11月開工興建，1975年8月第一臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，1980年2月第五臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，2001年8月擴(kuò)建的第六臺(tái)機(jī)組正式投產(chǎn)，總裝機(jī)容量為220 MW。

八盤峽水電站1號(hào)機(jī)組由哈爾濱電機(jī)廠設(shè)計(jì)制造，為軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，1979年10月正式投入運(yùn)行。因原水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為碳鋼材質(zhì)，黃河汛期泥沙含量大，經(jīng)長時(shí)間運(yùn)行，汽蝕破壞和泥沙磨損，轉(zhuǎn)輪葉片整體減薄和損壞嚴(yán)重[1-2]，于1994年更換為不銹鋼材質(zhì)的轉(zhuǎn)輪，轉(zhuǎn)輪為浙江富春江水工機(jī)械廠生產(chǎn)。

八盤峽水電站1號(hào)機(jī)組第二代調(diào)速器經(jīng)過10多年的運(yùn)行，電調(diào)設(shè)備老化落后，導(dǎo)葉和槳葉調(diào)速器采用中間接力器型式，多一級(jí)液壓放大環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，檢修維護(hù)不便，導(dǎo)葉及槳葉均采用環(huán)噴式電液轉(zhuǎn)換器[3-4]，內(nèi)部過油孔直徑較小，極易發(fā)生油路阻塞或機(jī)械卡阻，對(duì)油質(zhì)要求高，耗油量大，經(jīng)常會(huì)發(fā)生節(jié)流孔堵塞，且電液轉(zhuǎn)換器隨油溫的變化經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，導(dǎo)致調(diào)速器工作異常，直接威脅到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。鑒于此2003年底對(duì)調(diào)速器進(jìn)行換型改造，更換為武漢四創(chuàng)技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的BWST-PLC-100型步進(jìn)式微機(jī)調(diào)速器，并對(duì)機(jī)組受油器也進(jìn)行更換，采用自整位浮動(dòng)瓦結(jié)構(gòu)的受油器[2,5]，上、中、下三道浮動(dòng)瓦設(shè)計(jì)徑向間隙為0.20～0.279 mm，軸向間隙為0.02～0.05 mm，受油器為天津中斯水電設(shè)備配套有限公司制造。

從2008年開始，1號(hào)機(jī)組壓油泵啟停間隔時(shí)間比2003年底更換調(diào)速器和受油器時(shí)縮短。在歷次檢修時(shí)多次發(fā)現(xiàn)受油器小缸體鼓形圈損壞、壓蓋變形及連接螺栓斷裂的情況。鼓形圈破損見圖1，變形的小缸體壓蓋見圖2，斷裂的小缸體壓蓋螺栓見圖3、4。

圖1 鼓形圈破損

圖2 變形的小缸體壓蓋

圖3 斷裂的小缸體壓蓋螺栓

圖4 斷裂的小缸體壓蓋螺栓

從2015年12月開始，1號(hào)機(jī)組運(yùn)行過程中調(diào)整負(fù)荷時(shí)即發(fā)現(xiàn)有槳葉動(dòng)作遲緩、不隨動(dòng)現(xiàn)象。2016年3月20日1號(hào)機(jī)組在自動(dòng)開機(jī)過程中，槳葉不能隨動(dòng)打開，將槳葉切換到機(jī)手動(dòng)位后工作正常。機(jī)組停機(jī)后檢查試驗(yàn)，手動(dòng)操作步進(jìn)電機(jī)手輪，槳葉開關(guān)動(dòng)作基本正常，將槳葉切到自動(dòng)位，進(jìn)行開機(jī)試驗(yàn)，槳葉不能隨動(dòng)打開，槳葉操作失常。

分析判斷受油器浮動(dòng)瓦磨損間隙超標(biāo)或密封損壞存在竄油，導(dǎo)致槳葉操作失常。于是對(duì)受油器進(jìn)行分解檢查，檢查測(cè)量上、中、下三道浮動(dòng)瓦徑向間隙和軸向間隙均符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，檢查受油器小缸體鼓形圈、壓蓋及連接螺栓無異常，并對(duì)受油器中油管孔用方形圈及導(dǎo)向環(huán)、擋環(huán)“O”形圈、回復(fù)桿“V”形密封進(jìn)行更換，回裝后自動(dòng)開機(jī)試驗(yàn)，槳葉仍然操作失常。

2016年4月，東方電機(jī)廠技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)與電站相關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行了溝通，了解1號(hào)機(jī)組運(yùn)行狀況及槳葉操作失常情況，認(rèn)為槳葉操作系統(tǒng)開關(guān)腔存在竄油，無法建起足夠的油壓，造成槳葉操作失常?？赡艿母Z油點(diǎn)為槳葉接力器活塞環(huán)部位以及受油器小缸體兩處密封部位，建議進(jìn)行槳葉接力器開關(guān)腔竄油試驗(yàn)，來確定下一步如何處理。

2 1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪及操作油管兩腔竄油試驗(yàn)

2016年5月，對(duì)1號(hào)機(jī)組槳葉操作失常進(jìn)行檢查。將受油器拆除后，加工制作轉(zhuǎn)輪及操作油管兩腔竄油試驗(yàn)法蘭及管接頭等，安裝于操作油管上端，進(jìn)行轉(zhuǎn)輪及操作油管兩腔竄油試驗(yàn)：從1號(hào)機(jī)組槳葉調(diào)速器供油閥1107出口處取壓力油源，壓力軟管另一端連接至操作油管的關(guān)腔口，從開腔口用軟管接引至集油槽，緩慢開啟1107閥，并注意觀察壓油罐油位不低于500 mm，向轉(zhuǎn)輪活塞關(guān)側(cè)腔注油，同時(shí)觀察轉(zhuǎn)輪活塞開側(cè)腔回油有無異常情況；經(jīng)過計(jì)量分析，轉(zhuǎn)輪活塞竄油量超標(biāo)，據(jù)此確定轉(zhuǎn)輪活塞環(huán)部位或操作油管密封部位竄油，使得槳葉接力器開關(guān)腔建立不起油壓，造成槳葉操作失常。轉(zhuǎn)輪及操作油管兩腔竄油試驗(yàn)管路連接見圖5。

由于轉(zhuǎn)輪活塞及操作油管開關(guān)腔竄油，槳葉已不能正常操作控制，生產(chǎn)技術(shù)部決定1號(hào)機(jī)組采取定槳運(yùn)行方式，關(guān)閉1號(hào)機(jī)組槳葉調(diào)速器供油閥1107，并拆除受油器上、中、下三道浮動(dòng)瓦，防止在機(jī)組開機(jī)運(yùn)行中受油器體內(nèi)無液壓潤滑油損壞浮動(dòng)瓦。

圖5 轉(zhuǎn)輪及操作油管兩腔竄油試驗(yàn)管路連接

但機(jī)組轉(zhuǎn)輪槳葉固定定槳運(yùn)行，水輪機(jī)出力會(huì)降低，在相同的水頭和流量情況下，所產(chǎn)生電能會(huì)減少，直接影響到電站的發(fā)電量及耗水率等性能指標(biāo)，造成巨大的能源浪費(fèi)。

3 1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪缸體及轉(zhuǎn)輪活塞分解檢查

為了徹底消除1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常重大設(shè)備缺陷，需要在機(jī)組A級(jí)檢修時(shí)進(jìn)行處理。2016年12月對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行A級(jí)檢修，拆卸受油器、上機(jī)架、上端軸、轉(zhuǎn)子、下導(dǎo)軸承、推力軸承、下機(jī)架、接力器、水導(dǎo)軸承、主軸密封、內(nèi)蓋、主軸等部件。

轉(zhuǎn)輪活塞拆卸吊出后，檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪活塞、活塞環(huán)及轉(zhuǎn)輪缸體對(duì)應(yīng)位置上有不同深度的3道縱向劃痕，活塞缸體劃痕寬度約10 mm，深度約2 mm，長度約200 mm；活塞劃痕寬度約10 mm，深度約1～3 mm，長度貫穿活塞高度；活塞環(huán)局部有劃痕并卡死，活塞底部發(fā)現(xiàn)有多個(gè)擠壓變形的斷螺栓頭。轉(zhuǎn)輪缸體損傷見圖6，轉(zhuǎn)輪活塞損傷見圖7，擠壓變形的斷螺栓頭見圖8。

4 1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常原因分析

在拆卸機(jī)組受油器操作油管時(shí)，檢查操作油管法蘭與轉(zhuǎn)輪活塞油管法蘭處密封墊無破損，對(duì)操作油管進(jìn)行耐壓試驗(yàn)，壓力為4.0 MPa，保持8 h，檢查壓力無下降，檢查內(nèi)外操作油管無滲漏，表明操作油管無異常，不存在內(nèi)外油管竄油現(xiàn)象。根據(jù)1號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修轉(zhuǎn)輪分解時(shí)發(fā)現(xiàn)的螺栓壓痕分析，當(dāng)轉(zhuǎn)輪槳葉關(guān)閉時(shí)，轉(zhuǎn)輪活塞帶動(dòng)操作油管及連接套、小缸體、回復(fù)桿向上移動(dòng)，壓力油帶動(dòng)斷裂螺栓從連接套油孔進(jìn)入到操作油管內(nèi)腔，落到轉(zhuǎn)輪活塞下方，在壓力油的作用下嵌入到槳葉活塞與缸體間隙內(nèi)，最終卡在活塞及缸體之間，致使活塞及缸體損傷，造成槳葉活塞環(huán)與缸體間竄油。從前期的槳葉接力器開關(guān)腔竄油試驗(yàn)得到驗(yàn)證，當(dāng)槳葉主配壓閥開關(guān)動(dòng)作時(shí)，槳葉活塞開關(guān)腔竄油，使得槳葉接力器開關(guān)腔建立不起油壓，操作力不夠而引起槳葉操作失常。1號(hào)機(jī)組自2003年底對(duì)受油器換型改造以來，機(jī)組檢修時(shí)多次發(fā)現(xiàn)受油器小缸體鼓形圈損壞、壓蓋變形及連接螺栓斷裂的情況，每次只是對(duì)小缸體鼓形圈、壓蓋及連接螺栓進(jìn)行更換處理，沒有認(rèn)識(shí)到連接螺栓斷裂進(jìn)入到槳葉接力器內(nèi)部引起的危害。

圖6 轉(zhuǎn)輪缸體損傷

圖7 轉(zhuǎn)輪活塞損傷

圖8 擠壓變形的斷螺栓頭

結(jié)合以前檢修過程中多次測(cè)量結(jié)果分析研究，認(rèn)為受油器更換改造選型不合理，小缸體密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不完善，加工制造誤差大，受油器技改時(shí)未嚴(yán)格執(zhí)行檢修工序工藝而造成受油器轉(zhuǎn)動(dòng)件與固定件產(chǎn)生別勁，槳葉開關(guān)動(dòng)作時(shí)受力不好產(chǎn)生疲勞破壞，造成小缸體鼓形圈壓蓋螺栓斷裂。從以上可知，受油器小缸體鼓形圈壓蓋螺栓斷裂進(jìn)入轉(zhuǎn)輪活塞關(guān)腔內(nèi)，造成槳葉接力器活塞及缸體損傷，活塞兩腔竄油，導(dǎo)致槳葉操作失常。

5 1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常處理

5.1 受油器小缸體更換

為避免受油器小缸體螺栓斷裂造成轉(zhuǎn)輪活塞及缸體損壞，決定取消鼓形圈、壓蓋及連接螺栓，采用無壓蓋結(jié)構(gòu)的小缸體。

5.2 轉(zhuǎn)輪缸體和轉(zhuǎn)輪活塞修復(fù)

當(dāng)時(shí)經(jīng)過討論擬定2種方案，第一種方案是將轉(zhuǎn)輪體返廠加工修復(fù)，但由于返廠加工修復(fù)周期長、費(fèi)用高，具有不確定性，所以不采用返廠加工修復(fù)方案;第二種方案是采用現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)，現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)處理時(shí)間較短、風(fēng)險(xiǎn)易于控制，最后決定在電站生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)手工修復(fù)轉(zhuǎn)輪缸體及活塞。

5.2.1轉(zhuǎn)輪缸體修復(fù)工藝

(1) 對(duì)缸體內(nèi)部損傷部位進(jìn)行清理;

(2) 進(jìn)行缸體內(nèi)徑測(cè)繪并制出研磨樣板(與母體圓相吻合，用光照法不得透光);

(3) 缸體內(nèi)部損傷部位采用氣焊輕微加溫去除表面油污與潮氣;

(4) 對(duì)缸體內(nèi)部未被損傷部位進(jìn)行保護(hù)，焊接時(shí)不得傷害其它表面;

(5) 采用氬弧焊進(jìn)行保護(hù)焊接，補(bǔ)焊時(shí)要對(duì)損傷部位穿插補(bǔ)焊，要焊透，焊縫表面要光滑，不得出現(xiàn)咬邊等弊病，焊縫長度不得大于10 mm，以免缸體溫度升高;

(6) 焊接部位母體與焊縫采用手錘進(jìn)行錘擊，消除應(yīng)力，母體溫度下降接近環(huán)境時(shí)方可進(jìn)行下一次焊接,焊縫要高于母材3～5 mm，減少轉(zhuǎn)輪缸體表面波浪度;

(7) 用國產(chǎn)砂輪片進(jìn)行粗磨，然后用進(jìn)口砂輪片進(jìn)行精磨，并用樣板著色檢查有無高點(diǎn);

(8) 用拋光盤進(jìn)行拋光處理，用纖維輪研磨提高光潔度，檢查與未損傷母體相同，并用樣板塞尺檢查修磨部位不可低于0.1 mm;

(9) 使用氈輪配合研磨膏進(jìn)行研磨，提高光潔度;

(10) 轉(zhuǎn)輪缸體修復(fù)后檢測(cè)：缸體補(bǔ)焊修磨后用模板檢查測(cè)量原劃痕部位，誤差小于0.03 mm，直徑測(cè)量劃痕部位直徑與其他部位直徑誤差小于0.03 mm。

修復(fù)后的轉(zhuǎn)輪缸體見圖9。

圖9 修復(fù)后的轉(zhuǎn)輪缸體

5.2.2轉(zhuǎn)輪活塞修復(fù)工藝

(1) 清理活塞損傷部位；

(2) 對(duì)活塞直徑進(jìn)行測(cè)繪并制出研磨樣板；

(3) 對(duì)未被損傷部位進(jìn)行保護(hù)，焊接時(shí)不得傷害其它表面；

(4) 用氣焊進(jìn)行加熱清理潮氣與油污；

(5) 使用鑄鐵焊條進(jìn)行焊接并在焊接后進(jìn)行錘擊消除應(yīng)力；

(6) 手工打磨，樣板檢測(cè)，不允許有高點(diǎn)，局部不低于0.1～0.3 mm；

(7) 裝活塞環(huán)槽內(nèi)損傷部位接觸面要修磨平整、光潔，尖角倒鈍，以便活塞環(huán)安裝；

(8) 活塞損傷部位表面修理后達(dá)到整潔光亮效果；

(9) 轉(zhuǎn)輪活塞修復(fù)后檢測(cè)：表面光滑無高點(diǎn)、無毛刺，直徑符合檢修維護(hù)規(guī)程要求。轉(zhuǎn)輪活塞修復(fù)后見圖10。

圖10 修復(fù)后的轉(zhuǎn)輪活塞

5.3 轉(zhuǎn)輪活塞環(huán)更換安裝

將鑄鐵材質(zhì)的活塞環(huán)更換為聚氨酯材質(zhì)活塞環(huán)，聚氨酯材質(zhì)活塞環(huán)耐磨性能卓越，彈性和耐油性好，且在底部還裝有“O”形圈可以補(bǔ)償，密封性能良好。

5.4 轉(zhuǎn)輪活塞環(huán)更換安裝方法

(1) 拆除損傷的金屬活塞環(huán)；

(2) 清除活塞所有表面的油污和焊渣等并倒活塞尖角3×45°要圓滑過渡；

(3) 清理聚氨酯活塞環(huán)表面的油污，檢查有無損傷；

(4) 準(zhǔn)備裝配聚氨酯活塞環(huán)工具(木方、木錘、撬棍、引角扁鐵等，并注意撬棍和引角扁鐵等工具不得有尖角，免得劃傷聚氨酯活塞環(huán))；

(5) 裝配時(shí)要將活塞環(huán)先放入一側(cè)溝槽中(要裝到底)，然后用專用工具將聚氨酯材質(zhì)的活塞環(huán)慢慢撬入溝槽中；

(6) 聚氨酯活塞環(huán)裝入后用木方或木錘將聚氨酯活塞環(huán)向溝槽內(nèi)打?qū)?。聚氨酯材質(zhì)的活塞環(huán)安裝見圖11。

5.5 轉(zhuǎn)輪組裝后活塞兩腔竄油試驗(yàn)

轉(zhuǎn)輪組裝后，連接液壓泵站及試驗(yàn)管路，進(jìn)行轉(zhuǎn)輪活塞兩腔進(jìn)行竄油試驗(yàn)：試驗(yàn)壓力1.8 MPa，5 min 漏油量215 ml，計(jì)算轉(zhuǎn)輪活塞竄油量43 ml/min，小于49.8 ml/min標(biāo)準(zhǔn)值，竄油量符合要求[6]。

圖11 聚氨酯材質(zhì)的活塞環(huán)安裝

6 1號(hào)機(jī)組回裝后盤車測(cè)量

上機(jī)架、受油器部件回裝后，先后對(duì)連接套、輔軸、水導(dǎo)、小缸體、中操作油管、回復(fù)桿進(jìn)行盤車測(cè)量、調(diào)整，從盤車測(cè)量數(shù)據(jù)來看，除受油器小缸體上端絕對(duì)擺度有些超標(biāo)外，其余測(cè)量部位相對(duì)擺度值均符合GB/T 8564-2003 《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》的要求[6]。盤車數(shù)據(jù)分析見表1。

表1 盤車數(shù)據(jù)分析

7 1號(hào)機(jī)組檢修后運(yùn)行情況

八盤峽水電站1號(hào)機(jī)組自2017年4月A級(jí)檢修工作結(jié)束投入運(yùn)行至今，經(jīng)過多次開停機(jī)操作和增減負(fù)荷，槳葉隨動(dòng)系統(tǒng)正常，轉(zhuǎn)輪槳葉動(dòng)作靈活、槳葉操作無異常，至此造成水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常重大缺陷得以徹底處理。

8 結(jié) 論

(1) 根據(jù)1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪槳葉發(fā)生操作失常問題，在今后的機(jī)組檢修過程中吸取教訓(xùn)，檢修中嚴(yán)格按照檢修維護(hù)規(guī)程的要求進(jìn)行，做到不漏項(xiàng)、不減項(xiàng)，確保設(shè)備檢修質(zhì)量。

(2) 認(rèn)真總結(jié)本次1號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修中轉(zhuǎn)輪分解檢查和受油器部件同軸盤車工藝工序等良好實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)修訂完善檢修維護(hù)規(guī)程，為以后機(jī)組檢修提供重要技術(shù)保證，從而提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性。

(3) 鑒于2～5號(hào)機(jī)組受油器的結(jié)構(gòu)和1號(hào)機(jī)組受油器相同，在機(jī)組歷次檢修過程中也發(fā)現(xiàn)受油器小缸體鼓形圈損壞、壓蓋變形及壓蓋螺栓斷裂情況，為避免發(fā)生與1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪槳葉操作失常類同的不安全事件，消除事故隱患，可參照1號(hào)機(jī)組將受油器小缸體更換為無壓蓋結(jié)構(gòu)小缸體運(yùn)行狀況，考慮在以后的檢修中將2～5號(hào)機(jī)組受油器小缸體更換為無壓蓋結(jié)構(gòu)的小缸體，提高機(jī)組安全穩(wěn)定性和可靠性。