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        長(zhǎng)潭電廠1號(hào)機(jī)大軸補(bǔ)氣孔甩水原因分析及處理

        2022-10-17 05:24:36黃彬張家勇
        小水電 2022年5期

        黃彬,張家勇

        (廣東粵電長(zhǎng)潭發(fā)電有限責(zé)任公司,廣東 梅州 514100)

        1 概述

        長(zhǎng)潭電廠位于廣東省梅州市蕉嶺縣城北約6 km處,是以發(fā)電為主,兼防洪、灌溉等效益的綜合利用工程。長(zhǎng)潭電廠總裝機(jī)容量為4×15 MW,自1987年開始相繼投運(yùn),上游正常高水位為148 m,汛期高水位為144 m;其水輪機(jī)型號(hào)為HL250—LJ—225,設(shè)計(jì)流量42.1 m3/s,設(shè)計(jì)水頭42 m,吸出高程為-2 m,機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為214.3 r/min,尾水管長(zhǎng)度為39.6 m,為4H型。

        2 過程描述

        長(zhǎng)潭1號(hào)機(jī)組在2020年期間進(jìn)行了A級(jí)檢修,于2020年12月29日檢修完工開機(jī)并網(wǎng)試驗(yàn),當(dāng)時(shí)上游水位139.06 m,下游水位100.95 m,分別在10、12.16、12.55 MW工況下開機(jī)試運(yùn)行,無甩水現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)。備用期間,由于水庫水位較低,常在低效率工況下運(yùn)行,運(yùn)行共約0.7 h,分別為:

        ·2021年3月30日開機(jī)后帶10.68 MW負(fù)荷運(yùn)行0.5 h(當(dāng)時(shí)上游水位137.94 m,下游水位100.86 m)。

        ·4月23日開機(jī)后帶1.5 MW負(fù)荷運(yùn)行0.2 h(當(dāng)時(shí)上游水位136.02 m,下游水位100.79 m)。

        ·5月14日第三次開機(jī)后,帶12.0 MW負(fù)荷發(fā)現(xiàn)大軸補(bǔ)氣孔甩水(上游水位139.85 m,下游水位100.68 m)。

        該水輪機(jī)的補(bǔ)氣方式為:一是在尾水管內(nèi)裝有自然補(bǔ)氣的短管補(bǔ)氣裝置。二是在水輪機(jī)軸底裝有1個(gè)φ100 mm的中心補(bǔ)氣閥。三是在頂蓋處裝有2個(gè)φ150 mm的真空破壞閥。

        自建廠投運(yùn)以來,每臺(tái)機(jī)組均不同程度發(fā)生過大軸補(bǔ)氣孔甩水現(xiàn)象:即機(jī)組運(yùn)行時(shí),水來自大軸底部的大軸補(bǔ)氣閥,經(jīng)水輪機(jī)軸中心孔和其連接的法蘭徑向補(bǔ)氣口φ25 mm噴出,導(dǎo)致水車室內(nèi)水花四射。后經(jīng)研究處理,調(diào)整了大軸補(bǔ)氣閥的動(dòng)作標(biāo)準(zhǔn)壓力值(動(dòng)作壓力為15~16 kg時(shí),應(yīng)打開10 mm),近十多年來,甩水問題有明顯改觀,沒有再繼續(xù)出現(xiàn)此類現(xiàn)象。

        此次甩水現(xiàn)象的再次發(fā)生,維修人員首先懷疑A修期間對(duì)于大軸補(bǔ)氣閥的拆裝是導(dǎo)致甩水的原因。維修人員于5月20日對(duì)大軸補(bǔ)氣閥進(jìn)行檢查,初步判斷為大軸補(bǔ)氣閥在安裝時(shí)卡住憋勁,使得橡膠密封不到位導(dǎo)致漏水,后對(duì)大軸補(bǔ)氣閥作更換處理(見圖1)。

        圖1 拆下大軸補(bǔ)氣閥現(xiàn)狀

        新大軸補(bǔ)氣閥換上后,累計(jì)有4次開機(jī),卻仍然發(fā)現(xiàn)還有甩水現(xiàn)象:

        ·5月21日開機(jī)后帶負(fù)荷13.0 MW運(yùn)行1 h(上游水位140.11 m,下游水位100.83 m),大軸補(bǔ)氣孔不甩水。

        ·5月25日開機(jī)后帶負(fù)荷12.3~11.9 MW運(yùn)行7.5 h(上游水位140.88~139.99 m,下游水位100.86~100.84 m)不甩水。

        ·5月26日開機(jī)后帶負(fù)荷12.2 MW運(yùn)行10 min后(上游水位139.88 m,下游水位100.90 m)再次出現(xiàn)甩水現(xiàn)象,減負(fù)荷至10.3 MW甩水現(xiàn)象消失。

        ·5月31日開機(jī)后帶負(fù)荷10.4 MW運(yùn)行10 min后(上游水位135.72 m,下游水位101.64 m)再次發(fā)現(xiàn)甩水現(xiàn)象。

        維護(hù)人員再次懷疑是由于大軸補(bǔ)氣閥導(dǎo)致,于6月10日對(duì)大軸補(bǔ)氣閥進(jìn)行第二次檢查處理:補(bǔ)氣閥凸臺(tái)圓外徑由φ168 mm加工到φ165 mm(泄水錐處配合內(nèi)徑為φ170 mm);當(dāng)時(shí)拆下來的大軸補(bǔ)氣閥彈簧預(yù)緊力測(cè)量值為17 kg,未明顯偏離標(biāo)準(zhǔn)值,又將大軸補(bǔ)氣閥彈簧預(yù)緊力調(diào)整到19 kg;清理泄水錐法蘭組合面表面油漆;詳細(xì)檢查泄水錐,泄水錐表面銹蝕較嚴(yán)重,但未發(fā)現(xiàn)明顯裂紋或銹蝕穿孔問題。

        此次處理后,1號(hào)機(jī)再次開機(jī)并網(wǎng),帶負(fù)荷13.2 MW運(yùn)行(上游水位140.83 m,下游水位100.61 m),結(jié)果甩水現(xiàn)象依舊發(fā)生。經(jīng)過幾次對(duì)大軸補(bǔ)氣閥連續(xù)的處理、調(diào)整和重裝,基本可以排除大軸補(bǔ)氣閥設(shè)備自身或安裝等原因造成水從補(bǔ)氣閥各部進(jìn)入大軸。

        3 綜合分析處理

        從實(shí)際情況可以看出還有其他兩道沒有盤根硬接觸的組合面:一是大軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接組合面。二是泄水錐與轉(zhuǎn)輪組合面。機(jī)組A修時(shí),分解過大軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接螺絲,但泄水錐與轉(zhuǎn)輪組合面未分解過,所以從泄水錐與轉(zhuǎn)輪組合面漏水可優(yōu)先排除。維修人員將目光對(duì)焦到大軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接組合面。

        綜合分析判斷,大軸補(bǔ)氣孔甩水出現(xiàn)在機(jī)組最優(yōu)工況期間,故懷疑進(jìn)入大軸的水很有可能是主要來自大軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接組合面,原因還有:一是混流式水輪機(jī)在偏離最優(yōu)工況時(shí),轉(zhuǎn)輪出口水流切向分速度增大,水流中所具有的環(huán)量使尾水管中心產(chǎn)生低壓并形成渦帶,水輪機(jī)補(bǔ)氣的主要目的是在此工況下,通過向尾水錐管補(bǔ)入空氣,削弱渦帶真空,以減弱尾水管壓力脈動(dòng)和水輪機(jī)氣蝕,借以改善運(yùn)行狀態(tài)(所以機(jī)組在其他工況下時(shí)補(bǔ)氣閥受真空打開補(bǔ)氣,補(bǔ)氣管內(nèi)空氣進(jìn)入形成負(fù)壓阻礙了水流甩出;而機(jī)組在最優(yōu)工況時(shí),補(bǔ)氣閥沒有打開,補(bǔ)氣孔內(nèi)的壓力差不足以抵制水流跟隨離心力甩出氣孔,但此時(shí)閥門關(guān)閉卻仍有水甩出,證實(shí)了水不是從補(bǔ)氣閥自身原因漏入的)。二是機(jī)組在A修期間,因技改項(xiàng)目更換過止漏環(huán),擴(kuò)大了上部止漏環(huán)間隙(使漏入轉(zhuǎn)輪上冠頂部的水流增大,壓力也相應(yīng)增大,機(jī)組靜態(tài)時(shí),-2 m吸出高度的水壓不足以使水漏入大軸,大軸補(bǔ)氣孔不出水。隨著機(jī)組運(yùn)行,從止漏環(huán)漏入的水壓力增大,剛好形成突破,水進(jìn)入大軸;由于其他工況下大軸補(bǔ)氣閥打開補(bǔ)氣,大軸里的水從補(bǔ)氣閥排入尾水,而大軸補(bǔ)氣閥在最優(yōu)工況時(shí)是保持常閉狀態(tài)的,這時(shí)大軸里面的水只能從補(bǔ)氣閥排出)。

        7月13日,維修人員為了驗(yàn)證上述猜想,對(duì)1號(hào)機(jī)再次停機(jī)處理:通過水車室大軸補(bǔ)氣孔向大軸內(nèi)灌水,然后在尾水架臺(tái)觀察漏水情況?,F(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪與大軸法蘭面縫隙有水流出,從而證實(shí)確為該部位漏水導(dǎo)致大軸補(bǔ)氣孔甩水發(fā)生。

        分析導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪與大軸法蘭面縫隙漏水可能原因有3個(gè):一是法蘭面有毛刺或臟污物,導(dǎo)致法蘭面未能貼緊密,引起漏水。二是法蘭面?zhèn)髁︽I過高,導(dǎo)致法蘭面未能貼緊密,引起漏水。三是法蘭面?zhèn)髁︽I上下和側(cè)面縫隙密封不嚴(yán),引起漏水。

        4 處理方法

        避開甩水工況區(qū)運(yùn)行,在這種工況下補(bǔ)氣閥常閉,正是機(jī)組最優(yōu)工況,如果長(zhǎng)期避開這種工況運(yùn)行,對(duì)機(jī)組不利;而在當(dāng)前汛期情況下進(jìn)行機(jī)組擴(kuò)大性檢修顯然不實(shí)際。于是維修人員想出了在主軸內(nèi)加裝圓筒,將法蘭面漏水和大軸補(bǔ)氣閥隔離的思路:加工1個(gè)圓筒加裝在泄水錐上,與大軸補(bǔ)氣閥共用螺栓孔,圓筒外徑φ165 mm(與泄水錐內(nèi)孔φ170 mm配合)。同時(shí),在圓筒上端車出盤根槽,加φ8 mm圓盤根密封,使法蘭面漏水與大軸中心孔隔離(見圖2)。

        圖2 圓筒加工圖

        圓筒緊固時(shí)用3 mm厚橡膠板密封,大軸補(bǔ)氣閥緊固時(shí)用3 mm厚橡膠板密封。2021年底,1號(hào)機(jī)C修期間加裝完成(見圖3)。

        圖3 圓筒裝配示意圖

        5 結(jié)語

        加裝圓筒后,甩水現(xiàn)象不再發(fā)生,目前機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,說明了此次處理方法得當(dāng)。用簡(jiǎn)單有效的手段避免了對(duì)機(jī)組再次從上到下的拆裝檢修,為電站挽回了損失;但是要徹底解決此類問題,需在下次A級(jí)檢修時(shí)針對(duì)該大軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)接組合面進(jìn)行重新處理,提高維修工藝。

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