陜西文涇多泥沙電站水輪機(jī)改造

蒲長(zhǎng)青 周 揚(yáng) 王 華 梁艷來

（東方電氣集團(tuán)東風(fēng)電機(jī)有限公司，四川 樂山 614802）

0 引言

水輪機(jī)是利用水的動(dòng)能和勢(shì)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能的裝置。水流經(jīng)過攔污柵、進(jìn)水閘門、引水管進(jìn)入水輪機(jī)蝸殼，通過蝸殼將水均勻引入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)并形成一定的環(huán)量。根據(jù)運(yùn)行的需要，通過導(dǎo)水機(jī)構(gòu)能控制水輪機(jī)的啟動(dòng)、停機(jī)，供給水輪機(jī)需要的流量及環(huán)量，使水流均勻地進(jìn)入水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，進(jìn)而將水的勢(shì)能及動(dòng)能轉(zhuǎn)變成旋轉(zhuǎn)的機(jī)械力矩，通過主軸傳到發(fā)電機(jī)。水輪機(jī)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)輪做為重要的通流部件，其好壞直接影響機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性、出力及效率。對(duì)于過機(jī)泥沙含量大大高于平均值的陜西文涇電站來說，水流對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)及轉(zhuǎn)輪等通流部件的沖蝕磨損極為嚴(yán)重，故其抗磨蝕性能和結(jié)構(gòu)優(yōu)劣直接關(guān)系到機(jī)組的檢修周期、使用壽命及經(jīng)濟(jì)效益。電站主要參數(shù)如下：

最大水頭Hmax(m) 112

額定水頭Hr(m) 106

最小水頭Hmin(m) 97

額定流量Qr(m3/s) 16.964

額定功率Pr(kW) 16670

額定轉(zhuǎn)速Nr(r/min) 500

飛逸轉(zhuǎn)速Nr(r/min) 856

多年平均含沙量(kg/m3) 145.9

電站實(shí)際清水期過機(jī)泥沙含量(kg/m3) ≥100

電站實(shí)際過機(jī)泥沙含量(kg/m3) ≥200

2 機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)及改造原因

陜西文涇水電站裝有三臺(tái)16MW立軸混流式發(fā)電機(jī)組，2009年7月31日進(jìn)入72小時(shí)試運(yùn)行至機(jī)組被迫停機(jī)，1#機(jī)共運(yùn)行39小時(shí)，2#機(jī)共運(yùn)行74小時(shí)，3#機(jī)共運(yùn)行77小時(shí)，至此72小時(shí)試運(yùn)行失敗。檢查水輪機(jī)內(nèi)部不僅有懸移質(zhì)泥沙，還有大量塊移質(zhì)（塊石）及樹枝等雜物。底環(huán)及轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)磨損嚴(yán)重，轉(zhuǎn)輪葉片、導(dǎo)葉缺肉。究其原因，機(jī)組試運(yùn)行期間遭遇洪水及汛期排污出現(xiàn)問題，過機(jī)含沙量遠(yuǎn)大于500 kg/m3，導(dǎo)致實(shí)際過機(jī)含沙量遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)值。2011年初，按照電站及公司要求對(duì)3臺(tái)機(jī)組的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、轉(zhuǎn)輪及主軸密封等進(jìn)行全面的改造。

圖1 底環(huán)磨損情況

圖2 轉(zhuǎn)輪磨損情況

圖3 導(dǎo)葉磨損情況

3 改造方案及措施

3.1 為有效降低底環(huán)與轉(zhuǎn)輪之間漏水量，同時(shí)增加導(dǎo)水機(jī)構(gòu)與轉(zhuǎn)輪的抗磨性能，在低環(huán)改造過程中加長(zhǎng)了下止漏環(huán)的高度，由原來的55mm增加至85mm。

3.2 頂蓋、底環(huán)抗磨板為強(qiáng)化抗磨性能，針對(duì)電站泥沙含量大、顆粒細(xì)、硬度高等泥沙特性，抗磨板不再采用金屬抗磨板，根據(jù)多個(gè)多泥沙電站抗磨經(jīng)驗(yàn)，抗磨板采用非金屬材料超高分子聚乙烯抗磨板，乙烯抗磨板采用螺栓把合結(jié)構(gòu)，把合在底環(huán)和頂蓋上，抗磨板把合后，把合孔采用與抗磨板相同材料的螺紋堵頭使用專用密封膠封堵。

圖4 改進(jìn)后導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)

3.3 結(jié)合電站實(shí)際使用情況，鑒于原壓墊環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，由于泥沙含量高、水流速度快，壓墊環(huán)損壞嚴(yán)重，為有效避免高速水流直接沖擊壓墊環(huán)同時(shí)損傷導(dǎo)葉軸頸，導(dǎo)葉采用了只有高水頭機(jī)組才使用的大端面結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可有效避免高速水流直接沖擊導(dǎo)葉軸頸，起到有效保護(hù)導(dǎo)葉軸頸的作用同時(shí)保護(hù)導(dǎo)葉端面和頂改底環(huán)抗磨板的作用。

3.4 由于采用導(dǎo)葉止推壓墊環(huán)將造成壓墊環(huán)直接受水流沖擊，且無論采用何種把合結(jié)構(gòu)，都會(huì)將壓墊環(huán)暴露在水流中，同時(shí)頂蓋、底環(huán)抗磨板均會(huì)有較大的開孔以便把合壓墊環(huán)。為了避免因采用壓墊環(huán)而加劇機(jī)組的損壞，在計(jì)算了導(dǎo)葉的最大浮力小于導(dǎo)葉重量的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)取消導(dǎo)葉止推壓墊環(huán)，有效減少過流零面磨損。

3.5 原頂蓋排水管采用焊接結(jié)構(gòu)，焊接位置位于水管轉(zhuǎn)彎位置，導(dǎo)致電站使用的排水管在使用過程中，水管轉(zhuǎn)彎處焊縫被水流掏空以至無法正常使用。在本次更改過程中將焊接結(jié)構(gòu)更改為熱彎結(jié)構(gòu)，焊縫位置布置在水管直管段，有效避免在水流在轉(zhuǎn)彎處對(duì)焊縫的損壞，延長(zhǎng)使用壽命。

3.6 由于本電站泥沙含量大、水頭較高，在機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，頂蓋壓力增高以至電機(jī)推力瓦溫在機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后逐步增高。在機(jī)組改造過程中增加了頂蓋排水管數(shù)量（由原來設(shè)計(jì)時(shí)間的4根更改為6根），同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)輪泄水孔直徑由原來的Φ30擴(kuò)為Φ50。有效地在轉(zhuǎn)輪使用時(shí)間內(nèi)降低了頂蓋壓力，保證機(jī)組使用安全。

3.7 為了便于電站安裝，結(jié)合電站前期安裝經(jīng)驗(yàn)，將頂蓋與座環(huán)把合孔直接更改為腰形孔以方便電站安裝和調(diào)整。

3.8 電站在運(yùn)行一段時(shí)間后，由于止漏環(huán)漏水量加大，主軸密封漏水量隨之加大，導(dǎo)致甩水環(huán)甩水嚴(yán)重，機(jī)坑內(nèi)水花四濺，在改造過程中對(duì)主軸密封轉(zhuǎn)環(huán)裝配進(jìn)行了更改，增加護(hù)罩,防止甩水、濺水。

4 結(jié)語

經(jīng)過改造后的文逕電站1#機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在電站運(yùn)行時(shí)間近2年，通過的高泥沙汛期的檢測(cè)，2012年2月底電站對(duì)1#機(jī)組進(jìn)行了檢修。經(jīng)過改造后的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，頂蓋和底環(huán)抗磨板完好如新；水輪機(jī)導(dǎo)葉通過1年的運(yùn)行，僅出現(xiàn)了細(xì)微的磨損；頂蓋排水管改造后效果明顯；主軸密封改造后不再出現(xiàn)甩水和濺水情況，業(yè)主通過現(xiàn)在的使用情況表示可以僅在2年后更換導(dǎo)水葉和轉(zhuǎn)輪，可以節(jié)約大量資金和檢修時(shí)間。

文逕電站改造后的技術(shù)方案可作為我公司后續(xù)多泥沙項(xiàng)目提供設(shè)計(jì)參考，其結(jié)構(gòu)可以廣泛運(yùn)用于多泥沙和高泥沙含量電站，具有很強(qiáng)的適用性和推廣性。

［1］王志高.我國(guó)水機(jī)磨損的現(xiàn)狀和防護(hù)措施的進(jìn)展[J].水力水電工程設(shè)計(jì),2002

［2］顧四行.新疆塔尕克水電站水輪機(jī)泥沙磨損及應(yīng)對(duì)措施[J].水電站電機(jī)技術(shù),2009.