胡小剛

（重慶大唐國(guó)際武隆水電開(kāi)發(fā)有限公司，重慶 408500）

1 概況

水電站位于烏江下游河段，該工程的開(kāi)發(fā)任務(wù)是以發(fā)電為主，其次為航運(yùn)。共安裝4臺(tái)單機(jī)容量161.25 MW的立式軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，其水輪機(jī)型號(hào)為：ZZ-LH-860；發(fā)電機(jī)型號(hào)為：SF161.25-72/14100，水輪發(fā)電機(jī)組于2011年12月12日全部投產(chǎn)發(fā)電。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪由轉(zhuǎn)輪體、葉片、葉片密封裝置、葉片操作系統(tǒng)及泄水錐等組成。其水輪機(jī)主要參數(shù)：

最高水頭：35.12 m 額定水頭：26.5 m

最低水頭：13 m

額定轉(zhuǎn)速：83.3 r/min 葉片數(shù)量：6

葉片轉(zhuǎn)角范圍：-11.25°~+14°

3號(hào)機(jī)組于2019年10月12日至2020年2月28日開(kāi)展了擴(kuò)大性B修工作，主要對(duì)轉(zhuǎn)輪內(nèi)外銅瓦更換、轉(zhuǎn)輪內(nèi)各部位密封更換工作，機(jī)組各部位軸承解體檢查，導(dǎo)葉軸套更換改造，鑒于機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)機(jī)械部分較為穩(wěn)定未開(kāi)展機(jī)械部分的解體檢修。機(jī)組修后由中國(guó)大唐集團(tuán)科學(xué)技術(shù)研究院有限公司水電科學(xué)研究院進(jìn)行了機(jī)組穩(wěn)定性及效率試驗(yàn)，通過(guò)試驗(yàn)得出機(jī)組安全穩(wěn)定滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。

2 問(wèn)題的描述

2020年3月1日，機(jī)組投入電網(wǎng)運(yùn)行后由于受油器處管路振動(dòng)，水車(chē)室內(nèi)有異常聲響，于2020年3月9日10：11退出AGC（自動(dòng)發(fā)電控制）運(yùn)行。退出AGC調(diào)功機(jī)組受油器部位、水車(chē)室噪聲減小。針對(duì)3號(hào)機(jī)組運(yùn)行異常噪聲該公司組織對(duì)機(jī)組進(jìn)行了相關(guān)的試驗(yàn)。試驗(yàn)分為變負(fù)荷，開(kāi)機(jī)過(guò)程（空轉(zhuǎn)-空載-帶負(fù)荷），投退一次調(diào)頻及純手動(dòng)、電手動(dòng)變負(fù)荷試驗(yàn)，分別在水車(chē)室、受油器及調(diào)速器主配管路部位進(jìn)行觀察。在自動(dòng)變負(fù)荷時(shí)降負(fù)荷過(guò)程中水車(chē)室聲音很明顯，導(dǎo)葉調(diào)整到位后，聲音相比要滯后，同時(shí)有一個(gè)不明顯的“哐”聲響。受油器部位在連續(xù)動(dòng)葉片過(guò)程中，感覺(jué)比較平穩(wěn)。動(dòng)作葉片時(shí)，感覺(jué)存在明顯的卡澀、油壓沖擊及振動(dòng)。在動(dòng)作瞬間開(kāi)腔壓力約5.0 MPa，關(guān)腔壓力4.4 MPa。在調(diào)速器電手動(dòng)和純手動(dòng)調(diào)整負(fù)荷時(shí)水車(chē)室無(wú)明顯異常聲響，受油器部位也正常。

3 問(wèn)題的分析

3號(hào)機(jī)組檢修后由水科院進(jìn)行了穩(wěn)定性試驗(yàn)，變轉(zhuǎn)速、變勵(lì)磁、帶負(fù)荷正常，說(shuō)明機(jī)組機(jī)械、電氣、水力因素是滿(mǎn)足要求的，而投入AGC后受油器管路振動(dòng)及水車(chē)室內(nèi)有異常聲響，在AGC退出運(yùn)行在日常巡視檢查中發(fā)現(xiàn)，在受油器位移傳感器運(yùn)動(dòng)的時(shí)候也有輕微的響聲。通過(guò)對(duì)3號(hào)機(jī)組狀態(tài)檢測(cè)數(shù)據(jù)的采集和分析，在投入AGC的時(shí)候頂蓋水平Y(jié)向傳感器在某些工況下有突然增大的現(xiàn)象，通過(guò)采集投入AGC機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每天的最大值和平均值發(fā)現(xiàn)最大值為平均值的3倍。對(duì)數(shù)據(jù)仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)，在某些工況下，機(jī)組進(jìn)行調(diào)功導(dǎo)葉開(kāi)度沒(méi)變，而葉片的開(kāi)度僅有1°~2°的變化，然而頂蓋Y向水平有突變偶爾還超標(biāo)，并且機(jī)組在70 MW以穩(wěn)定工況上也會(huì)出現(xiàn)，分析認(rèn)為是水力因素造成的水車(chē)室內(nèi)的噪聲，而且超標(biāo)只是在瞬間，這種狀態(tài)為突發(fā)不穩(wěn)定態(tài)。而退出AGC后，機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示超標(biāo)現(xiàn)象消失?，F(xiàn)象是在ACG調(diào)功的時(shí)候轉(zhuǎn)輪水力因素超標(biāo)，轉(zhuǎn)輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀，死區(qū)增大，造成轉(zhuǎn)輪葉片的速動(dòng)性跟不上調(diào)節(jié)協(xié)聯(lián)。在純手動(dòng)、電手動(dòng)的時(shí)候，槳葉主配偏離中間位置大，遮程量大，給油大，操作油管到受油器的油流量大壓力大可推動(dòng)轉(zhuǎn)輪葉片動(dòng)作，而投入AGC后調(diào)功一般都比較小，遮程小，槳葉主配偏移中間位置較小，操作油管給的油少壓力小推不動(dòng)轉(zhuǎn)輪葉片，體現(xiàn)在受油器部位油路阻塞引起管路振動(dòng)，葉片跟不上協(xié)聯(lián)引起水壓脈動(dòng)。而退出AGC后調(diào)節(jié)沒(méi)那么頻繁，所以受油器處的管路振動(dòng)噪聲減小，在狀態(tài)檢測(cè)采集的水壓脈動(dòng)數(shù)據(jù)也比較穩(wěn)定。根據(jù)GB/T 8564《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》，5.2.6 e）轉(zhuǎn)輪接力器動(dòng)作應(yīng)平穩(wěn)，開(kāi)啟和關(guān)閉的最低油壓一般不大于額定工作壓力的15%，該電站調(diào)速器系統(tǒng)額定壓力6.3 MPa，則開(kāi)啟和關(guān)閉的最低油壓不大于0.945 MPa。轉(zhuǎn)輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)動(dòng)摩擦有：轉(zhuǎn)輪活塞密封與活塞缸，活塞桿與上、中、下活塞銅瓦，樞軸與內(nèi)外銅套，操作架軌道墊板與導(dǎo)向塊，轉(zhuǎn)輪拐臂與連桿機(jī)構(gòu)，葉片密封摩擦部位（見(jiàn)圖1）。由于轉(zhuǎn)輪檢修試驗(yàn)時(shí)沒(méi)有合適的油泵，開(kāi)啟和關(guān)閉的最低油壓試驗(yàn)并未嚴(yán)格進(jìn)行。本次檢修進(jìn)行了內(nèi)外銅套更換、轉(zhuǎn)輪內(nèi)各部位密封更換。需要對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行仔細(xì)排查，3號(hào)機(jī)組檢修只是對(duì)內(nèi)外銅瓦和密封進(jìn)行更換，所以排查的重點(diǎn)為動(dòng)密封，內(nèi)外銅瓦[1]。根據(jù)3號(hào)機(jī)組檢修時(shí)新更換的聚氨酯密封安裝存在密封壓不去，后進(jìn)行手工打磨處理。槳葉葉片密封為動(dòng)密封，密封的壓縮率和填充率很關(guān)鍵。由于轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)卡澀不靈活，在機(jī)組AGC調(diào)功時(shí)，槳葉主配給油量?。阂皇窃斐捎吐房ㄗ璨粫吃谑苡推魈幵斐晒苈坊蚋?dòng)瓦、套筒振動(dòng)；二是槳葉主配來(lái)的壓力油推不動(dòng)活塞動(dòng)作，葉片速動(dòng)性跟不上負(fù)荷調(diào)節(jié)引起暫態(tài)的水力脈動(dòng)引起頂蓋及水車(chē)室的異常聲響。通過(guò)現(xiàn)在懷疑的排查重點(diǎn)是葉片密封，葉片密封壓縮率和填充率過(guò)大，葉片卡澀，摩擦力過(guò)大，在機(jī)組AGC調(diào)功時(shí)速動(dòng)性跟不上協(xié)聯(lián)[2]。

圖1 轉(zhuǎn)輪裝配圖

4 下一步排查的思路和方法

在機(jī)組檢修時(shí)，調(diào)速器泄壓的同時(shí)，分別在4.0 MPa、3.0 MPa、2.0 MPa、1.5 MPa手動(dòng)操作葉片動(dòng)作。①輕微點(diǎn)動(dòng)開(kāi)關(guān)葉片，觀察受油器處的管路振動(dòng)及聲音；②持續(xù)給油開(kāi)關(guān)，觀察受油器的管路振動(dòng)及聲音。結(jié)合1號(hào)機(jī)組檢修時(shí)葉片密封槽測(cè)量的尺寸復(fù)核反推3號(hào)機(jī)組葉片密封的壓縮率、填充率，咨詢(xún)?nèi)~片密封廠家對(duì)葉片密封進(jìn)行評(píng)估。葉片密封磨損或許會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)方向：①葉片密封磨損損壞造成轉(zhuǎn)輪滲油；②槳葉葉片密封磨損磨合配合達(dá)標(biāo)，能滿(mǎn)足AGC調(diào)節(jié)要求。

針對(duì)出現(xiàn)可能出現(xiàn)惡化的現(xiàn)象，筆者提出一些思考。

如果葉片密封壓縮過(guò)緊，現(xiàn)在暫且不要投入AGC，如投入AGC調(diào)速器的速動(dòng)性滿(mǎn)足不了電網(wǎng)的要求，影響電網(wǎng)安全運(yùn)行，長(zhǎng)時(shí)間投入AGC后水力因素頻繁地不穩(wěn)定會(huì)造成轉(zhuǎn)輪金屬疲勞，轉(zhuǎn)輪受水壓脈動(dòng)引起金屬裂紋，可能會(huì)造成空化氣蝕，影響機(jī)組效率及長(zhǎng)期運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。該處密封由于壓縮率過(guò)大摩擦力大，轉(zhuǎn)輪接力器相對(duì)需要更大的壓力油，會(huì)使用壓油泵頻繁啟動(dòng)，油溫升高，粘度降低，轉(zhuǎn)輪活塞內(nèi)泄漏增大，調(diào)速器及轉(zhuǎn)輪內(nèi)密封老化。葉片密封由于壓縮率過(guò)大摩擦力大造成槳葉葉片軸頸和密封摩擦磨損，加速葉片軸頸和葉片密封磨損，使密封壽命減小，有可能造成轉(zhuǎn)輪常壓腔的透平油滲入江里，造成環(huán)保事件。

防范措施。為確保3號(hào)機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，建議：①機(jī)組退出AGC調(diào)功，減小頻繁調(diào)節(jié)對(duì)密封及設(shè)備的劣化影響；②調(diào)整修改AGC調(diào)控策略[3]，調(diào)速器PID參數(shù)，優(yōu)化運(yùn)行，現(xiàn)調(diào)速系統(tǒng)的速動(dòng)性跟不上，可以理解為機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣性增大，處理方案將機(jī)組的一次調(diào)頻增大，調(diào)整PID參數(shù)以滿(mǎn)足穩(wěn)定性要求；③做好調(diào)速器集油箱、壓力油罐、事故油罐的油量狀態(tài)統(tǒng)計(jì)對(duì)比分析，油量減小時(shí)停機(jī)排查；④做好調(diào)速器壓油泵啟動(dòng)時(shí)間和間隔的統(tǒng)計(jì)分析，定期測(cè)量壓力油罐、集油箱，管路的溫度及記錄分析；⑤日常點(diǎn)巡檢時(shí)做好尾水江面的浮油觀察，如若出現(xiàn)浮油停機(jī)檢查。

下一步更換葉片密封方法思路。由于葉片密封為YX型[4]多層V型雙向聚氨酯密封（見(jiàn)圖2），由X型支撐環(huán)、V型密封環(huán)、墊環(huán)（也稱(chēng)壓環(huán)）組成，主要防止轉(zhuǎn)輪體的透平油外溢出，又能防止外部的水和泥沙進(jìn)入。密封起主要作用的是V型密封。更換時(shí)停機(jī)，落進(jìn)水口、尾水閘門(mén)，流道排水，在錐管搭設(shè)檢修平臺(tái)，開(kāi)啟蝸殼門(mén)，對(duì)轉(zhuǎn)輪常壓腔排油對(duì)密封進(jìn)行更換。處理方法有兩種：①對(duì)外側(cè)密封墊環(huán)進(jìn)行更換，根據(jù)1號(hào)機(jī)組檢修時(shí)測(cè)量的葉片部位的溝槽尺寸，對(duì)3號(hào)機(jī)組的葉片密封復(fù)核，只對(duì)葉片密封外側(cè)的墊環(huán)更換，滿(mǎn)足葉片密封的壓縮率及填充率；②拆除密封，重新測(cè)量溝槽尺寸，設(shè)計(jì)加工密封，采用粘接的密封圈。優(yōu)缺點(diǎn)分析：方案一只更換外側(cè)的墊環(huán)里面的密封為整體整圈的密封整體效果好，但該密封已經(jīng)用了約1年時(shí)間，之前過(guò)大的壓縮量摩擦密封有磨損不得而知。如果采用方案二需要重新復(fù)核密封溝槽尺寸設(shè)計(jì)加工安裝需要很長(zhǎng)的工期[5]。槳葉密封安裝之前，應(yīng)確保所有與密封裝配相關(guān)的零部件清潔平整，各密封溝槽內(nèi)雜物清理干凈，檢查溝槽內(nèi)應(yīng)平滑，無(wú)明顯磨痕，直至符合密封安裝要求。槳葉密封安裝時(shí)，并在各密封抹均勻的潤(rùn)滑脂，應(yīng)注意防止密封翻邊的情況發(fā)生，均勻壓入密封?；匮b后試驗(yàn)，分別在調(diào)速器系統(tǒng)壓力1.0 MPa、3.0 MPa、6.3 MPa時(shí)手動(dòng)開(kāi)關(guān)槳葉主配，并觀察槳葉密封。葉片密封裝置均不得漏油，轉(zhuǎn)輪接力器應(yīng)動(dòng)作平穩(wěn)。

圖2 葉片密封結(jié)構(gòu)

5 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組大修后存在的異常聲響，通過(guò)大量的排查分析得出為葉片密封的根本原因，并提出安全運(yùn)行的防范措施及下一步處理思路和方法，確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行。