梁湘津

(五凌電力有限公司洪江水力發(fā)電廠(chǎng)，湖南 懷化 418200)

1 設(shè)備情況介紹

洪江水電廠(chǎng)位于湖南省懷化市洪江區(qū)上游4.5 km處，裝有6臺(tái)4.5萬(wàn)kW燈泡式機(jī)組，設(shè)計(jì)水頭20 m，投產(chǎn)時(shí)為國(guó)內(nèi)單機(jī)容量最大、發(fā)電水頭最高燈泡式水輪機(jī)組，具體參數(shù)詳見(jiàn)表1。

表1 水輪機(jī)特征參數(shù)

電廠(chǎng)#1機(jī)組于2003年2月投產(chǎn)發(fā)電，2007年1月，#1機(jī)組在運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)調(diào)速器回油箱油位異常下降現(xiàn)象，分析原因?yàn)闃~和輪轂密封處漏油。解開(kāi)泄水錐后，發(fā)現(xiàn)輪轂內(nèi)壁附有一層銅末，5片槳葉徑向間隙均大于設(shè)計(jì)值，其中#3槳葉徑向間隙達(dá)到1.38 mm，超過(guò)設(shè)計(jì)值5倍，槳葉和輪轂間“D”型密封條有1～2 mm磨損。經(jīng)進(jìn)一步檢查確認(rèn)，槳葉根部Φ360 mm和Φ500 mm軸樞處 (見(jiàn)下圖1)限位銅套已嚴(yán)重磨損，銅套和軸樞存在較大軸向和徑向串動(dòng)量，槳葉操作時(shí)擠壓“D”型密封條造成壓力油泄漏。

圖1 槳葉結(jié)構(gòu)圖

2 槳葉銅套磨損原因分析

#1機(jī)組槳葉軸采用低碳馬氏體不銹鋼Zg06Cr13Ni4Mo材料，具有良好的低溫力學(xué)性能、硬度較強(qiáng)、耐磨性好;而槳葉軸套的材質(zhì)是日本材料牌號(hào)為BC3的銅鑄件，其硬度、強(qiáng)度、耐磨性遠(yuǎn)低于軸樞材料 (見(jiàn)表2)。

表2 材料力學(xué)性能對(duì)比

機(jī)械磨損是一種由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)而使工作表面材料逐漸喪失或遷移的現(xiàn)象，一般分為跑合磨損、穩(wěn)定磨損及劇烈磨損等3個(gè)階段。按照設(shè)計(jì)使用壽命曲線(xiàn)，#1機(jī)組槳葉銅套投入運(yùn)行4年后仍應(yīng)處于穩(wěn)定磨損階段。但自2006年6月，機(jī)組投入AGC系統(tǒng)運(yùn)行后，負(fù)荷頻繁調(diào)節(jié)且幅度大，機(jī)組進(jìn)入振動(dòng)區(qū)運(yùn)行次數(shù)明顯增多。機(jī)組運(yùn)行工況惡化，造成銅套磨損急劇加快，迅速?gòu)姆€(wěn)定磨損階段進(jìn)入劇烈磨損階段。槳葉軸樞與銅套的間隙明顯增大 (詳見(jiàn)表3)，接觸表面發(fā)生了“粘著－滑動(dòng)”的現(xiàn)象，導(dǎo)致銅套限位作用失效。

表3 更換前槳葉銅套和軸樞間隙 mm

由于原銅套材質(zhì)設(shè)計(jì)不能滿(mǎn)足現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)期運(yùn)行要求，必須換成硬度、耐磨性更好的鋁青銅(ALBC)材質(zhì)，同時(shí)改善機(jī)組運(yùn)行環(huán)境，加強(qiáng)振動(dòng)監(jiān)測(cè)和系統(tǒng)濾油，保證銅套發(fā)揮正常功能。

3 槳葉銅套更換過(guò)程

槳葉銅套更換項(xiàng)目主要涉及排水環(huán)、轉(zhuǎn)輪、受油器等重要部件解體和裝復(fù)，主要工藝流程包括:轉(zhuǎn)輪原始數(shù)據(jù)測(cè)量——輪轂排油——拆卸上半部分轉(zhuǎn)輪室——拆卸泄水錐端蓋和槳葉反饋板——拆卸泄水錐——拆卸槳葉接力器耳柄螺栓——解體并拆卸槳葉操作油缸和活塞——拆卸槳葉卡環(huán)和連桿——拆卸槳葉端部密封——吊拆槳葉——更換槳葉樞軸銅套——裝復(fù)輪轂內(nèi)各部件——油管打壓試驗(yàn)——裝復(fù)泄水錐——整體試驗(yàn)和驗(yàn)收。

銅套安裝是整個(gè)工藝流程的難點(diǎn)，主要步驟如下:

鋁青銅 (ALBC)材質(zhì)銅套采用0.06～0.12 mm過(guò)盈配合設(shè)計(jì)。施工現(xiàn)場(chǎng)使用干冰冷卻，用千分尺測(cè)量銅套外徑，當(dāng)小于安裝孔徑0.20～0.30 mm時(shí)立即安裝。先用專(zhuān)用吊裝工具按編號(hào)將銅套吊起，對(duì)正安裝孔后將銅套套入;當(dāng)同一塊槳葉的2個(gè)銅套安裝就位后，安裝槽鋼固定架和專(zhuān)用螺桿以固定;當(dāng)銅套恢復(fù)常溫后測(cè)量并記錄銅套尺寸;檢查無(wú)誤后在銅套外側(cè)加工止動(dòng)螺孔和排氣孔，采用亞弧焊點(diǎn)焊防止松動(dòng)。

4 項(xiàng)目總結(jié)和評(píng)估

#1機(jī)組槳葉銅套更換項(xiàng)目是洪江電廠(chǎng)首臺(tái)次解體檢修燈泡式機(jī)組水輪機(jī)，電廠(chǎng)與專(zhuān)家們經(jīng)過(guò)了3次研討、論證確定了技術(shù)方案。為配合施工，電廠(chǎng)自制吊具、夾具、拔銷(xiāo)器等專(zhuān)用工器具，項(xiàng)目完成后，成功申報(bào)多項(xiàng)實(shí)用新型專(zhuān)利。由于加工失誤，#2銅套 (Φ500 mm)外徑比設(shè)計(jì)最小值偏小0.10～0.15 mm，無(wú)法安裝。電廠(chǎng)采用電刷鍍修補(bǔ)方案，在銅套外表面鍍上0.25 mm鉻層，避免了銅套返廠(chǎng)維修帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。

復(fù)查數(shù)據(jù)顯示:Φ360 mm軸套與軸的最大配合總間隙0.19 mm，最小配合總間隙0.12 mm;Φ500 mm軸套與軸的最大配合總間隙0.24 mm，最小配合總間隙0.11 mm(見(jiàn)表4)，槳葉軸樞與銅套的配合間隙及各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。經(jīng)過(guò)4年監(jiān)控運(yùn)行，未發(fā)現(xiàn)槳葉密封漏油的情況，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，槳葉銅套更換項(xiàng)目取得預(yù)期效果。

表4 更換后槳葉銅套和軸樞配合間隙 mm

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)總結(jié)槳葉銅套更換項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，編制《燈泡式機(jī)組水輪機(jī)解體檢修標(biāo)準(zhǔn)》，被其它兄弟單位借鑒，先后指導(dǎo)完成10余臺(tái)次同類(lèi)型機(jī)組槳葉銅套更換項(xiàng)目。為進(jìn)一步改善燈泡式機(jī)組調(diào)度、運(yùn)行環(huán)境，電廠(chǎng)整理槳葉銅套磨損、槳葉操作螺栓斷裂和調(diào)速器油泵破損等重大缺陷材料，編寫(xiě)了“洪江水電廠(chǎng)投入AGC遠(yuǎn)方自動(dòng)控制后連續(xù)出現(xiàn)重大設(shè)備問(wèn)題”報(bào)告，上報(bào)國(guó)家電力監(jiān)管委員會(huì)，最終促成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《關(guān)于發(fā)電廠(chǎng)并網(wǎng)運(yùn)行管理的意見(jiàn)》對(duì)燈泡式機(jī)組必須具備AGC功能強(qiáng)制要求的修改。

〔1〕GB/T8564—2003.水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范〔S〕.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

〔2〕季盛林，劉國(guó)柱.水輪機(jī)〔M〕.北京:水利電力出版社，1985.

〔3〕姜政權(quán).水輪發(fā)電機(jī)及其檢修〔M〕.北京:中國(guó)工人出版社，1987.

〔4〕GB50205—2001.鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范〔S〕.北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.