官地水电站水轮机顶盖平压排水金属软管改造介绍

刘 波，蹇万祥，陈 栋

(雅砻江流域水电开发有限公司，四川成都 610051)

0 引言

官地水电站位于四川省凉山州西昌市与盐源县交界的雅砻江上，与西昌市直线距离约40 km，是锦屏一、二级电站和二滩电站的中间梯级电站。

官地水电站枢纽主要建筑物由左右岸挡水坝、中孔坝段和溢流坝段(碾压混凝土重力坝)、消力池、右岸引水系统及地下厂房发电系统组成。右岸布置引水发电系统，压力管道采用单机单管供水，右岸地下厂房装机4台600 MW机组，总装机容量2 400 MW，年平均发电量为111.29亿kW·h。

电站的开发任务主要是发电，与锦屏一、二级电站作为一组电源同步运行，在电力系统中承担调峰及调频任务。四台机组于2013年3月全部投产发电，为HLD538-LJ-770型混流式立轴水轮机。

1 顶盖排水系统组成

水轮机顶盖排水系统主要由顶盖自流排水、机坑自流排水、顶盖排水泵排水和顶盖平压排水系统组成，正常顶盖内部积水以顶盖自流排水为主，顶盖与转轮间积水以顶盖平压排水为主[1]。顶盖自流排水主要是通过设置在座环固定导叶上的4个Φ115 mm排水孔，以自流方式排至渗漏集水井。机坑自流排水主要是通过设置在机坑里衬上的Φ219 mm排水管，同样以自流方式排至渗漏集水井。顶盖排水泵排水主要是通过设置在顶盖底板上的两台潜水泵，来排除较大的顶盖内部漏水，通过水泵排至水轮机尾水管。顶盖平压排水主要是通过布置在顶盖内部的8根Φ325 mm平压排水管，将顶盖与转轮上腔的积水排至尾水管。

2 顶盖平压排水金属软管存在的问题

官地水轮机顶盖为钢板焊接结构。为了减轻机组运行中的轴向水推力以及减小顶盖的水压力，提高推力轴承运行的安全可靠性，在顶盖上均匀开设了8个DN300直通水轮机尾水管的顶盖平压排水管。上止漏环漏入顶盖与转轮上腔的水，经顶盖平压排水管直接排到尾水管。在机坑里衬与顶盖间采用DN300金属软管进行连接，这样设计的初衷主要是考虑到金属软管的柔韧性、伸缩性、弯曲和抗振能力强的特点。

机组投运后不久，部分顶盖平压金属软管陆续出现刺水及漏水情况如图1所示， 由于顶盖排水系统排水能力较强，未发生水淹顶盖事故，但严重影响了机组的安全稳定运行，甚至造成了机组的强迫停运。更换金属软管必须将尾水检修闸门落下，对尾水管进行排水，并且更换顶盖平压金属软管的拆除及安装极为不方便，影响抢修时间。

图1 顶盖平压金属软管结构图

3 原因分析

官地水轮机顶盖平压金属软管结构为采用尺寸为DN300的不锈钢波纹管外编钢带网套，两端均为固定式法兰，一端与顶盖连接，另一端与机坑里衬连接。其主要漏水原因分析如下：

(1) 由于机坑里衬与顶盖加工尺寸受设备安装相关因素的影响下，导致机坑里衬与顶盖不完全同心，导致机坑里衬与顶盖间距离也不尽相同。部分机坑里衬与顶盖间最小距离与最大距离超过了金属软管允许的设计伸缩值，金属软管长期受到轴向的拉力及压力，影响金属软管的使用寿命。

(2) 水轮机机组安装过程中，先安装机坑里衬上的金属软管连接法兰，后吊入顶盖。由于安装及制造误差的影响，导致部分机坑里衬上的法兰与顶盖上的法兰存在扭斜现象，而金属软管两端连接法兰均为固定式结构，从而导致金属软管本体也存在扭曲现象，影响了金属软管的使用寿命。

(3) 由于顶盖与机坑里衬间布置有电缆桥架及水轮机测压管，在安装金属软管时必须将金属软管进行足够的压缩，使其尺寸缩短，金属软管方能入位，在对金属软管进行预压缩过程中，也可能损坏其内部结构，影响金属软管的使用寿命。

综上所述，在上述各方面因素作用下，以及在机组振动的长期影响下，导致水轮机顶盖平压金属软管破裂漏水。

4 顶盖平压金属软管改造

为了解决水轮机顶盖平压金属软管漏水问题，保证机组的安全稳定运行，对原顶盖与机坑里衬间管路进行重新设计，确定了如下改造方案：

选择不锈钢补偿接头作为改造该管路的主要连接部件。取消原金属软管作为连接管路，采用不锈钢管现场配装，两钢管中间间隙控制在5 mm以内，然后该间隙处安装一个不锈钢补偿接头作为软连接，改造后的结构图如图2所示。

图2 顶盖平压金属软管漏水情况

该不锈钢补偿接头是将不锈钢和橡胶制造成元件组合装置来达到密封承压功能，可用于各种材质的管道连接，无轴向约束力，可对轴向位移和角度偏斜进行补偿；允许错角，可连接轴心不对中，直径不同管道，内部密封结构可随管内压力增加使密封效果得到增加。主要安装步骤如下：

(1) 选择与原法兰尺寸相同的不锈钢法兰分别安装在顶盖与机坑里衬法兰上，将DN300的不锈钢管分别与两法兰进行现场配装，两钢管中间的间隙小于5 mm。

(2) 将不锈钢补偿接头安装于管道上，并且使钢管间的间隙处于不锈钢补偿接头的中间位置处，按照规定力矩将补偿接头的拉紧螺栓进行拧紧。

(3) 将不锈钢管与两端法兰进行点焊固定，取出不锈钢补偿接头及两端法兰和钢管，将不锈钢管与法兰进行内外双面满焊。

(4) 将焊接后的一端法兰和钢管安装于机坑里衬上，并将不锈钢补偿接头套在安装好的钢管上，然后再将另一端的法兰和钢管安装于顶盖上，安装过程中控制两钢管的同心度不大于2 mm，最后将补偿接头放置于两钢管的间隙处，按规定力矩把紧螺栓。

5 结语

结合各机组的检修工作， 官地水电站所有机组的水轮机顶盖平压排水金属软管均进行了改造。由于该结构便于安装和检修维护，发生漏水时，无须进行尾水管排水，即可进行补偿接头的更换工作，极大的缩减了检修工期。经过3年多的运行检验，改造后的顶盖平压排水管未出现过漏水或渗水现象，达到了改造的预期效果。

图3 改造后的顶盖平压排水管结构图及现场安装图