大金坪水电站机组控制环上抬的处理

王晓东

(四川中铁能源五一桥水电公司,四川 九龙,627200)

1 概况

大金坪水电站位于四川省石棉县境内,距石棉县城约16km,是松林河干流“一库九级”开发方案中的第三个梯级,采用湾、洪两库联合方式引水。电站安装有三台单机容量为43MW的立轴混流式水轮发电机组,总装机129MW,单机额定流量为26.4m3/s,转轮直径2050mm,额定水头185m,年平均发电量6.36亿kW.h,年利用小时数4930h,首台机组于2007年6月投运。

大金坪水电站两台机组在投运后出现控制环上抬现象。其中,1#机组控制环最大上抬量约为11mm,2#机组控制环最大上抬量约为25mm。1#、2#机组控制环上抬均发生在+X和-X偏+Y方向,控制环是在开机和关机过程中上抬,而在机组导叶全关后自动回到原位。控制环上抬导致连板上抬(连板克服轴套限位上抬),且导水机构开关卡阻。同时,导叶在蜗壳有压情况下不能关至零,蝶阀关闭后(蜗壳无压)导叶自动关至零。

2 原因分析

2.1 控制环上抬力矩大于稳定力矩

已知大金坪水电站接力器导管直径d=180mm;操作油压P=40kg/cm2;可得F=10.2t。

控制环抬起力矩公式:M′=F′H

已知控制环不平衡力F的反作用力F′=F=10.2t,控制环耳环至控制环滑动面的距离H=0.364m,可知控制环上抬力矩M′=10.2×0.364=3.71t.m。

控制环稳定力矩公式:M=GR

已知控制环自重G=0.96t,控制环滑动半径R=0.793m(φ1.586m),可得M=0.96×0.793=0.76t.m,则M＜M′,即控制环抬起力矩M′大于稳定力矩M。

2.2 导水机构接力器、顶盖等重要部件安装高程存在偏差

通过对三台机组接力器安装高程进行校核,发现1#、2#均比设计高程高,分别为:1#机约高+5mm;2#机约高+6mm;3#机约高+1mm(规范为±1mm)。安装高程超出规范值将直接增加控制环抬起力矩,当控制环稳定力矩不变时,将导致控制环上抬量的增加,是控制环上抬的原因之一。

2.3 两只接力器的节流孔位置不相同

接力器无论是在开启或关闭时,当活塞由节流孔进油变为供油管进油的瞬间,由于进油量大大增加,而使活塞得到一个冲量,从而形成运动速差,即形成一力偶使控制环跳动。由此可见,由于节流孔位置的不同,两只接力器在开或关时存在一个不平衡力F,又由于接力器活塞运行至节流段的瞬间存在一个冲量,因此将增加控制环跳动量。经检查,大金坪水电站接力器节流孔位置正确。

2.4 结论

综上所述,大金坪水电站三台机组控制环上抬的原因,可能是由于控制环上抬的抬起力矩M′大于其稳定力矩M和导水机构部件安装高程偏差所致。

3 处理方案

根据控制环上抬原因,处理思路为:增加控制环稳定力矩和重新安装机组导水机构重要部件。增加控制环稳定力矩可从两方面进行:一是增加控制环重量;二是增加控制环限位装置。重新安装机组导水机构重要部件(就是检修机组按规范进行安装调整)。

3.1 增加控制环稳定力矩

3.1.1 增加控制环重量。根据机组原导水机构配合尺寸,只能略增加控制环尺寸,将原控制环上平面钢板厚度30mm增加为40mm,重量增加约110kg。

3.1.2 增设控制环限位装置

在水轮机油盆盖上增设四个控制环限位装置(X、Y方向对称增设),以增加控制环稳定力矩(限位装置如图1所示)。

为减少控制环滑动面的摩擦阻力,限位装置与控制环滑动面镶复合材料;为保证水导轴承油盆的整体刚度,在目前油盆各筋板间再焊接一块加强筋板,所有组合螺栓均换成8.8级高强度螺栓。

图1 限位装置安装示意

3.2 重新安装机组导水机构重要部件

重新安装机组导水机构重要部件应以接力器、控制环、连板、偏心销、导叶部件为主线开展工作,主要程序如下:

3.2.1 接力器。首先复测接力器的垂直度、中心及高程、至机组坐标基准线平行度和至机组坐标基准线距离,做好检修前的记录,然后调整接力器的安装位置符合要求。

3.2.2 控制环。首先在控制环不连接拐臂情况下作全开和全关运动,在+X、-X、+Y、-Y的水平和垂直方向架百分表,测量其轴向和径向位移数据;同时,复测控制环径向间隙、轴向间隙及其变形情况,检查控制环径向和轴向抗磨板研磨情况。根据测量数据分析是否更换抗磨板或控制环。

3.2.3 连板。在检修时,复核连板尺寸和安装水平,如变形则更换,应保证连板尺寸符合图纸要求后方可安装。

3.2.4 偏心销。连板上偏心销的安装,采用偏心销调整导叶立面间隙时,偏心销须往同一方向调整,且调整好后用专用锁定装置锁定并焊牢,避免偏心销在运行过程中变位,造成导叶关闭不严等问题。

3.2.5 导叶。在检修前,首先复测导叶端面间隙和立面间隙,并对间隙进行重新调整。调整步骤为:利用拐臂上导叶端面间隙的调整螺栓,把导叶提升至接触套筒抗磨环为止;确定总间隙后按图纸要求值进行分配,再用调整螺栓将导叶下放至分配值。同时建议,将接力器的压紧行程值调整为5mm,以保证导叶漏水量减小。

4 结语

大金坪水电站两台机组投运后出现控制环上抬现象,在同类型电站机组中较为少见。通过采用上述处理方法后,其控制环的上抬量约为2mm,符合设计要求,且导水机构动作灵活,至今运行正常,有效地确保了机组的长期安全运行。 ■