大金坪水電站機(jī)組控制環(huán)上抬的處理

王曉東

(四川中鐵能源五一橋水電公司,四川 九龍,627200)

1 概況

大金坪水電站位于四川省石棉縣境內(nèi),距石棉縣城約16km,是松林河干流“一庫九級(jí)”開發(fā)方案中的第三個(gè)梯級(jí),采用灣、洪兩庫聯(lián)合方式引水。電站安裝有三臺(tái)單機(jī)容量為43MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組,總裝機(jī)129MW,單機(jī)額定流量為26.4m3/s,轉(zhuǎn)輪直徑2050mm,額定水頭185m,年平均發(fā)電量6.36億kW.h,年利用小時(shí)數(shù)4930h,首臺(tái)機(jī)組于2007年6月投運(yùn)。

大金坪水電站兩臺(tái)機(jī)組在投運(yùn)后出現(xiàn)控制環(huán)上抬現(xiàn)象。其中,1#機(jī)組控制環(huán)最大上抬量約為11mm,2#機(jī)組控制環(huán)最大上抬量約為25mm。1#、2#機(jī)組控制環(huán)上抬均發(fā)生在+X和-X偏+Y方向,控制環(huán)是在開機(jī)和關(guān)機(jī)過程中上抬,而在機(jī)組導(dǎo)葉全關(guān)后自動(dòng)回到原位。控制環(huán)上抬導(dǎo)致連板上抬(連板克服軸套限位上抬),且導(dǎo)水機(jī)構(gòu)開關(guān)卡阻。同時(shí),導(dǎo)葉在蝸殼有壓情況下不能關(guān)至零,蝶閥關(guān)閉后(蝸殼無壓)導(dǎo)葉自動(dòng)關(guān)至零。

2 原因分析

2.1 控制環(huán)上抬力矩大于穩(wěn)定力矩

已知大金坪水電站接力器導(dǎo)管直徑d=180mm;操作油壓P=40kg/cm2;可得F=10.2t。

控制環(huán)抬起力矩公式:M′=F′H

已知控制環(huán)不平衡力F的反作用力F′=F=10.2t,控制環(huán)耳環(huán)至控制環(huán)滑動(dòng)面的距離H=0.364m,可知控制環(huán)上抬力矩M′=10.2×0.364=3.71t.m。

控制環(huán)穩(wěn)定力矩公式:M=GR

已知控制環(huán)自重G=0.96t,控制環(huán)滑動(dòng)半徑R=0.793m(φ1.586m),可得M=0.96×0.793=0.76t.m,則M＜M′,即控制環(huán)抬起力矩M′大于穩(wěn)定力矩M。

2.2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)接力器、頂蓋等重要部件安裝高程存在偏差

通過對(duì)三臺(tái)機(jī)組接力器安裝高程進(jìn)行校核,發(fā)現(xiàn)1#、2#均比設(shè)計(jì)高程高,分別為:1#機(jī)約高+5mm;2#機(jī)約高+6mm;3#機(jī)約高+1mm(規(guī)范為±1mm)。安裝高程超出規(guī)范值將直接增加控制環(huán)抬起力矩,當(dāng)控制環(huán)穩(wěn)定力矩不變時(shí),將導(dǎo)致控制環(huán)上抬量的增加,是控制環(huán)上抬的原因之一。

2.3 兩只接力器的節(jié)流孔位置不相同

接力器無論是在開啟或關(guān)閉時(shí),當(dāng)活塞由節(jié)流孔進(jìn)油變?yōu)楣┯凸苓M(jìn)油的瞬間,由于進(jìn)油量大大增加,而使活塞得到一個(gè)沖量,從而形成運(yùn)動(dòng)速差,即形成一力偶使控制環(huán)跳動(dòng)。由此可見,由于節(jié)流孔位置的不同,兩只接力器在開或關(guān)時(shí)存在一個(gè)不平衡力F,又由于接力器活塞運(yùn)行至節(jié)流段的瞬間存在一個(gè)沖量,因此將增加控制環(huán)跳動(dòng)量。經(jīng)檢查,大金坪水電站接力器節(jié)流孔位置正確。

2.4 結(jié)論

綜上所述,大金坪水電站三臺(tái)機(jī)組控制環(huán)上抬的原因,可能是由于控制環(huán)上抬的抬起力矩M′大于其穩(wěn)定力矩M和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)部件安裝高程偏差所致。

3 處理方案

根據(jù)控制環(huán)上抬原因,處理思路為:增加控制環(huán)穩(wěn)定力矩和重新安裝機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)重要部件。增加控制環(huán)穩(wěn)定力矩可從兩方面進(jìn)行:一是增加控制環(huán)重量;二是增加控制環(huán)限位裝置。重新安裝機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)重要部件(就是檢修機(jī)組按規(guī)范進(jìn)行安裝調(diào)整)。

3.1 增加控制環(huán)穩(wěn)定力矩

3.1.1 增加控制環(huán)重量。根據(jù)機(jī)組原導(dǎo)水機(jī)構(gòu)配合尺寸,只能略增加控制環(huán)尺寸,將原控制環(huán)上平面鋼板厚度30mm增加為40mm,重量增加約110kg。

3.1.2 增設(shè)控制環(huán)限位裝置

在水輪機(jī)油盆蓋上增設(shè)四個(gè)控制環(huán)限位裝置(X、Y方向?qū)ΨQ增設(shè)),以增加控制環(huán)穩(wěn)定力矩(限位裝置如圖1所示)。

為減少控制環(huán)滑動(dòng)面的摩擦阻力,限位裝置與控制環(huán)滑動(dòng)面鑲復(fù)合材料;為保證水導(dǎo)軸承油盆的整體剛度,在目前油盆各筋板間再焊接一塊加強(qiáng)筋板,所有組合螺栓均換成8.8級(jí)高強(qiáng)度螺栓。

圖1 限位裝置安裝示意

3.2 重新安裝機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)重要部件

重新安裝機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)重要部件應(yīng)以接力器、控制環(huán)、連板、偏心銷、導(dǎo)葉部件為主線開展工作,主要程序如下:

3.2.1 接力器。首先復(fù)測接力器的垂直度、中心及高程、至機(jī)組坐標(biāo)基準(zhǔn)線平行度和至機(jī)組坐標(biāo)基準(zhǔn)線距離,做好檢修前的記錄,然后調(diào)整接力器的安裝位置符合要求。

3.2.2 控制環(huán)。首先在控制環(huán)不連接拐臂情況下作全開和全關(guān)運(yùn)動(dòng),在+X、-X、+Y、-Y的水平和垂直方向架百分表,測量其軸向和徑向位移數(shù)據(jù);同時(shí),復(fù)測控制環(huán)徑向間隙、軸向間隙及其變形情況,檢查控制環(huán)徑向和軸向抗磨板研磨情況。根據(jù)測量數(shù)據(jù)分析是否更換抗磨板或控制環(huán)。

3.2.3 連板。在檢修時(shí),復(fù)核連板尺寸和安裝水平,如變形則更換,應(yīng)保證連板尺寸符合圖紙要求后方可安裝。

3.2.4 偏心銷。連板上偏心銷的安裝,采用偏心銷調(diào)整導(dǎo)葉立面間隙時(shí),偏心銷須往同一方向調(diào)整,且調(diào)整好后用專用鎖定裝置鎖定并焊牢,避免偏心銷在運(yùn)行過程中變位,造成導(dǎo)葉關(guān)閉不嚴(yán)等問題。

3.2.5 導(dǎo)葉。在檢修前,首先復(fù)測導(dǎo)葉端面間隙和立面間隙,并對(duì)間隙進(jìn)行重新調(diào)整。調(diào)整步驟為:利用拐臂上導(dǎo)葉端面間隙的調(diào)整螺栓,把導(dǎo)葉提升至接觸套筒抗磨環(huán)為止;確定總間隙后按圖紙要求值進(jìn)行分配,再用調(diào)整螺栓將導(dǎo)葉下放至分配值。同時(shí)建議,將接力器的壓緊行程值調(diào)整為5mm,以保證導(dǎo)葉漏水量減小。

4 結(jié)語

大金坪水電站兩臺(tái)機(jī)組投運(yùn)后出現(xiàn)控制環(huán)上抬現(xiàn)象,在同類型電站機(jī)組中較為少見。通過采用上述處理方法后,其控制環(huán)的上抬量約為2mm,符合設(shè)計(jì)要求,且導(dǎo)水機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈活,至今運(yùn)行正常,有效地確保了機(jī)組的長期安全運(yùn)行。 ■