浅谈某水电站灯泡贯流机组水轮机转轮技术改造

李嘉平

（广东梅雁吉祥水电股份有限公司三龙水电站，广东 梅州514000）

0 前言

水电是一种重要的绿色可持续利用资源[1]，世界各国把水能资源的综合利用放在战略性地位，据相关统计显示，我国与美国、日本、加拿大等发达国家对水能的利用率还存在较大差距[2-4]，尽管我国水资源丰富，但在开发利用程度方面与西方发达国家相比还有一定差距，未来一段时间，在我国当前面临的能源及环境污染等问题挑战时期，可以预测水电将会得到快速发展[5-7]。水轮机是一种将水流能量转换为旋转机械能的水利设备，可分为反击式及冲击式2 种，反击式水轮机可分为混流式、贯流式、轴流式及斜流式4 种[8]。贯流式水轮机水头为3～20 m 的低水头小型河床电站应用非常普遍[9]，具备总投资低、资源综合利用高的优势，在我国沿海地区，农业生产发达，用电需求量日益增大，能源紧缺的情况下需要开发利用低水头水力资源以解决当地用电紧张的问题，灯泡贯流式水轮机得到广泛 运用[10-11]。

单竹水电站现有4 台韶关水轮发电机厂制造的8.5 MW 灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量34 MW，设计水头6.2 m，机组设计发电年平均利用3 992 h，年平均发电量13 574 万kW·h。电站于2001 年8 月第1 台机组投产发电、其他3 台机组分别于2001 年10 月、2002 年3 月、2002 年5 月投产发电。

1 灯泡贯流机组水轮机转轮改造技术方案 对比

因电站所用水轮机时间较长，鉴于当时供应商制造技术的限制及安装经验不足等原因，出现了转轮体活塞窜油现象，以至油压油泵控制设备启动较频繁，机组运行不稳定。本次我们对水轮机检修中发现，转轮体接力器缸体拉伤严重，拉伤总面积占缸体2/3，拉伤最深处约8 mm，转轮活塞外径拉伤同样较严重，拉伤总面积占外径2/3，拉伤最深处约6 mm，基于目前的状况，不能按照以往对水轮机接力器进行简单打磨、补焊，更换活塞等处理方式，需进行全面有效的技术改造，经结合电站的实际情况及相关技术人员的意见提出2 种技术改造方案。

1.1 原因分析

在进行技术改造前先对水轮机活塞及接力器缸体损伤事故进行总结分析，有利于做出针对性技术改造，通过分析得出以下原因：

（1）转轮体接力器缸体结构问题，原结构铸钢与铸钢及铸铁的间隙配合，长时间的相互运动，容易出现局部拉伤，一但出现局部拉伤现象，再进行相互运动，就会出现缸体恶性循环。

（2）铸件的局部缺现问题，同样会造成上述结果。

（3）转轮装配的整体配合尺寸问题、润滑油的清洁度等等都有可能造成上述结果。

结论：结合上述分析，要比较切底的改变现状，首先要考虑结构的改造，目前水轮机桨叶操作使用的是活塞移动式结构，活塞可依靠连杆、耳柄及拐臂来控制桨叶的运动，与操作架具有相同功效，为避免活塞进行转动，通过导向键来控制活塞，活塞与活塞杆之间采用卡环进行连接，活塞杆安装于铜瓦之上，并作往返运动。活塞与其他部件间相对运动造成的磨损以及与各零件的装配间隙等原因，造成活塞下沉，与支撑架磨损，甚至可能使活塞与接力器进行硬性干磨[12]。

1.2 技术改造方案

1.2.1 技术方案1

此技术改造整体方案：将转轮装配全部返厂，在厂里进行预装并进行有关检测，以保证改造质量。根据机组实际情况进行2 个方面的技术改造：第一，对活塞密封圈进行更换，采用标准孔用方形圈整体密封，该结构在行业内技术比较成熟，多个发电站使用后取得较好的效果，能有效解决漏油问题，同时不会对接力器表面形成磨损的情况，能有效延长缸体的使用周期。第二，采用导向销结构，用导向销替换原来导向键结构。具体改动零件如下：

（1）对导向键的螺栓孔、销钉孔进行补焊操作，打磨转轮体，缸体内壁重新精加工，确保缸体表面的光滑程度。

（2）对叶片开展相关检测，与技术人员进行沟通并确定最终方案后再决定叶片线型是否进行数控加工。

（3）对叶片内外轴套进行更换，重新制作叶片VX 密封圈。

（4）对活塞进行重新加工，用钢板结构替代铸造结构。

（5）重新制做泄水锥及转轮体盖。

（6）导向键用3 个导向销进行替换，并进行重新转配。

（7）对转轮进行重新装配并开展相关试验测试，主要包括静平衡试验、动作试验及油压试验[13-14]。1.2.2 技术方案2

为了克服现有活塞结构的上述缺点，拟采用一种具有结构简洁合理、动作灵活、不磨损缸体、不窜油，且方便操作、提高工效优点的带导向轴的充压活塞式结构。

所采用的技术方案是：设置整圈密封槽、整圈导向环及导向轴的充压活塞式结构。活塞、接力器杆、操作油管依次进行连接，活塞与接力器间采用螺栓进行连接。来自受油器开、关油腔的压力油通过接力器杆进入活塞缸（转轮体腔）推动活塞运动，再通过耳柄、连杆、转臂等操作叶片转动。活塞与转轮体盖之间设置导向轴，导向轴有活塞导向及防止活塞转动的作用，在活塞上设置一道整圈密封槽和二道整圈导向环以减少两腔漏油和活塞运行[15]，具体改造方案如下：

（1）把整个转轮可拆部件全部拆开，包括铜套，并清洗干净。

（2）把转轮缸体拉伤部分虚浮钢屑刨掉，将拉伤沟槽深于1 mm 处全部进行补焊，并将转轮体接力器缸上导向键的5-M16 及5-φ12 H7 的孔塞住，塞孔时用原来的M16 螺栓及把φ12 的销锯断，表面要有4 mm 的焊缝（焊丝牌号：ER50-6）。

（3）补焊时应防止接力器缸变形，补焊后按图纸精度要求进行加工（具体尺寸按实际情况决定，约φ1 215 mm）。

（4）按专用图加工活塞。

（5）转轮体盖在原有毛坯基础上按专用图加工。

（6）返镗3 个叶片孔的铜套及转轮体与接力器杆的2 个铜套。（看情况定）

（7）转轮体盖按专用图焊接2 个轴套座（要对正原来转轮体盖及转轮体的销钉位置，按活塞的导向轴的位置定位）。

（8）重新开料加工轴套座、法兰、导向轴、封油筒、φ50 轴套各2 件。

（9）按专用图增加导向环（KF25，25×2.5×2.7 m）2 件、活塞组合密封（MR1 210φ1 215×φ1 182×9.5）1 件。

2 2 种技术方案比较

通过我们技术人员对2 种技术改造的研究比较，再咨询外部厂商相关技术难题后，决定采用方案2，主要原因有：

方案2 相对方案1 缺点：整体改造时间更长，技术操作相对复杂，对技术人员加工要求比较高。

方案2 相对方案1 优点：技术改造时间更短，更灵活，不需要把相关设备运回至厂商进行维修，可根据电站运行情况而选择时间改造，总体技术成本更低。

采用方案2 效果：用一道整圈活塞密封、整圈导向环及导向轴，从而避免了接力器缸严重磨损、桨叶接力器严重窜油、活塞表面的碰撞挤损剥落及活塞环的卡死。提高了产品质量，使水轮发电机组良好运行。本结构简洁合理，动作灵活，方便操作，提高工效。

3 结束语

在当前资源日趋紧张，生态环境压力的情况下，大力发展水电行业是未来的趋势。相关数据显示，高水头大型河床电站基本都有进行规模利用，而低水头小型河床电站是未来发展的重点，灯泡贯流被式广泛认为是其首选的一种水轮机，在其整个运行过程中，不可避免需要进行各种技术改造，本文的技术改造实践目前在低水头小型河床电站应用非常普遍，技术方案2 在我电厂成功改造运用，也为相关电站灯泡贯流机组水轮机转轮技术改造提供一定借鉴。