百花滩电厂3号机组水轮机转轮叶片拒动的处理

韩玉力

（中广核洪雅百花滩水力发电有限公司，四川眉山620360）

百花滩电厂3号机组水轮机转轮叶片拒动的处理

韩玉力

（中广核洪雅百花滩水力发电有限公司，四川眉山620360）

百花滩电站3号机组突然出现强烈振动故障的分析，故障点的检查、修复及难点和后期注意事项。

3号机组；水轮机；振动；叶片拒动；修复

0 概述

百花滩电厂属河床式水电站，装机容量3× 40 MW，采用轴流转浆式水轮机，水轮机型号ZZJK508-LH-540，由乐山东风电机厂设计制造。转轮主要由转轮体、叶片、叶片密封装置、叶片操作机构、叶片操作系统及泄水锥等组成。

2015年12月，电厂3号机组在低水头、低负荷运行时，突然出现强烈的振动。经观测，3号机组在低水头和低负荷工况下振动现象突出，在高水头和满负荷工况下振动值正常；另外，相同工况下和其它2台机组相比，3号机组导叶开度和耗水率均高于其它机组，且3号机组运行中有约2 MW负荷波动。结合各种现象，初步分析判断为水轮机转轮叶片失去协联，即转轮叶片操作机构出现故障。

2016年2月2日，电站检修人员在布置安全措施后，开启3号机组尾水进入孔对转轮进行操作检查，发现转轮叶片拒动，叶片始终处于全开位置。

1 故障点的判定

首先，从转轮5个叶片全部拒动和开度的一致性，排除操作架与叶片传动机构故障的可能性。

其次，操作受油器轮叶开度指示正常，说明转轮接力器工作正常，排除转轮接力器以上部件故障的可能性。

排除以上2点后，确定故障点在操作架与转轮接力器活塞的连接上，且存在以下4个可能点：

（1）操作架上部活塞杆断裂；

（2操作架下端与活塞杆连接的套环及卡环脱落；

（3）操作架上端面活塞杆止口处断裂；（4）卡环上端面或下端面活塞杆止口处断裂。可能故障点示意如图1：

图1 故障点位置示意图

根据结构和受力分析，4个故障点的可能性为故障点2＜故障点1＜故障点3＜故障点4。故障点4可能性最大原因为：此处为活塞杆直径最小处（直径240 mm，其余位置分别为320 mm和365 mm），且为受力集中点，另外，止口直角处没有进行倒R角处理，直角处加工刀口易受力开裂直至截面减小后被操作力突然拉断。

2 故障修复方案的确定

由于已判定叶片拒动故障点在转轮体内部，电厂组织相关人员和厂家设计人员，提出以下几种处理方案，并进行了对比分析（见表1）。

表1 方案对比分析

经研究讨论，通过了C级检修从尾水管搭建检修平台修复叶片拒动故障的可行性，并确定方案如下：

（1）搭建检修平台；

（2）拆卸泄水锥围板和泄水锥Ⅰ段；

（3）从泄水锥Ⅱ段放油阀排除转轮Q腔和大轴内的透平油；

（4）拆卸泄水锥Ⅱ段，检查故障点位置，并根据故障点位置采用以下方案：

a卡环上端面或下端面活塞杆止口处断裂。采用将操作架焊接固定在活塞杆上的方式。

b操作架上端面活塞杆止口处断裂或者操作架上部活塞杆断裂。这两种情况均因空间受限不能进行修复，只能采取用外力将叶片拉至最优开度（如满负荷时的开度），在转轮体上焊接挡块，使转轮定桨运行。

c操作架下端与活塞杆连接的套环及卡环脱落。此情况仅需将卡环和套环回装即可。

3 故障点的检查情况

经布置安全措施和搭建检修平台，顺利从泄水锥开始拆卸，后检查出活塞杆从卡环下端面止口直角处逐渐开裂，当截面减少至约1/6时受力突然断裂，造成操作架失去拉力，叶片不能往关方向动作。

4 故障的修复

修复结构示意如图2：

图2 修复结构

采用方案a进行修复。首先，在活塞杆卡环段上套入30 mm厚止推法兰盘，在活塞杆下端焊接T型钢板，调整好法兰盘位置后，用2只千斤顶将法兰盘顶紧，使操作架贴合紧密，然后对法兰盘內圆与活塞杆进行堆焊。再在法兰盘下端的活塞杆上轴向焊接10块三角形筋板，加固法兰盘与活塞杆的连接。

另外，通过操作架的空隙进行施工，在操作架上端面与活塞杆焊接10块筋板，强化了操作架与活塞杆的连接。

1）修复受力计算：

活塞直径：φ1 250 mm；活塞杆直径：φ365 mm；

活塞杆卡环直径：φ240 mm；活塞工作油压：40 kg/cm2；

卡环处的拉力：

P=40×（125^2-36.5^2）×π/4=449 020 kg

卡环处的拉应力：σ=P/（π/4×24^2）=992.6kg/cm2

2）操作架修复情况：

上部：活塞杆与操作架用10个90mm×90 mm× 20 mm的三角板相焊，焊缝高度为10 mm；

下部：用一个φ400/φ255×30法兰盘与活塞杆及操作架相焊，再用10个70 mm×90 mm×20 mm的三角板与法兰盘及活塞杆相焊，焊缝高度为10mm；三角板及法兰盘所用材料均为Q235-A；

3）上部筋板能承受的拉力为：

考虑焊缝的允许拉应力为1 500 kg/cm2（焊缝材料的拉断应力大于2 350 kg/cm2）

单个筋板作用面积：F=9×2=18 cm2。

10个筋板作用力：P=10×F×1 500=270 000 kg；

4）下部筋板能承受的拉力为：

考虑焊缝的允许拉应力为1 500 kg/cm2（焊缝材料的拉断应力大于2 350 kg/cm2）

单个筋板作用面积：F=9×2=18 cm2

10个筋板作用力：P=10×F×1 500=270000 kg；

5）上下筋板合力为：270000+270000=540000kg＞449 020 kg。

该计算还未计入法兰盘所受的力，因此该处理方案是完全能满足受力要求的。

5 故障修复的主要难点

（1）检修平台的搭建难度大。平台跨度约6 m，且需承重2 t多，结构须较正常检修平台更牢固。此次整个平台的搭建耗费约4 d时间，先用脚手架从尾水管底部层层往上搭建高约10 m的辅助平台，然后通过辅助平台架设承重平台。承重平台用120槽钢对焊后搭建成井型架，并加以辅助加固措施。

（2）焊接工艺水平要求高。由于主要受力部件多为仰焊、堆焊，且空间位置不便于施工，如果焊接质量差则易造成受力损坏。此次焊接工作外委专业焊工按照标准工艺流程完成。

6 后期的注意事项

（1）3号机组后期进行A修作业时，转轮体拆卸工作难度将增大，拆卸操作架需进行大量的刨除作业。

（2）另外2台机组虽在近期A修工作中对活塞杆探伤检查未发现异常，但由于活塞杆止口处加工缺陷，不排除其发生断裂的可能性，运行中应加强对机组振动的监测。

7 结语

百花滩电厂3号机组通过C级检修拆卸转轮泄水锥，顺利完成了轮叶拒动故障的修复，目前机组运行稳定。此次修复工作共计12个工作日，投入人工约50个工时，相比A级检修节约了大量的人力、财力及工期，且达到了机组安全稳定运行的目的，为后期的检修工作积累了宝贵的经验。

[1]东风电机厂.ZZJK508-LH-540水轮机装配图[Z].

[2]DL/T 838-2003发电企业设备检修导则[S].

[3]DL/T817-2002立式水轮发电机组检修技术规程[S].

TK730.8

B

1672-5387（2017）02-0028-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.02.009

2016-09-07

韩玉力（1981-），男，工程师，从事水电站机械设备检修工作。