蒲石河抽水蓄能電站2號(hào)機(jī)導(dǎo)葉與頂蓋抗磨板研傷原因與處理

于 爽，王英偉，魏子超，王志遠(yuǎn)

（遼寧蒲石河抽水蓄能有限公司運(yùn)維檢修部，遼寧省丹東市 118216）

0 引言

遼寧蒲石河抽水蓄能電站（以下簡(jiǎn)稱蒲石河電站）位于遼寧省丹東市寬甸滿族自治縣境內(nèi)，距丹東市約60km，為東北地區(qū)第一座大型純抽水蓄能電站，總裝機(jī)容量1200MW（4×300MW），電站于2006年8月1日開工建設(shè)，2012年9月29日四臺(tái)機(jī)組全部投入商業(yè)運(yùn)行發(fā)電，在東北電網(wǎng)中擔(dān)任調(diào)峰、填谷、調(diào)頻和事故備用等功能。

蒲石河抽水蓄能電站機(jī)組每臺(tái)機(jī)共20個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉，2017年6月6日C修過程中檢查發(fā)現(xiàn)其中4號(hào)導(dǎo)葉上端面上游側(cè)全部研傷，5號(hào)導(dǎo)葉上端面上游側(cè)研傷，6號(hào)導(dǎo)葉上端面上游側(cè)研傷，9號(hào)導(dǎo)葉上端面上游側(cè)研傷，下端面上游側(cè)有輕微研傷，10號(hào)導(dǎo)葉上端面上游側(cè)輕微研傷，19號(hào)導(dǎo)葉上端面全部研傷。

本文首先介紹蒲石河電站導(dǎo)葉止推裝置的作用，其次介紹蒲石河電站2號(hào)機(jī)導(dǎo)葉止推裝置磨損情況，并對(duì)此故障現(xiàn)象進(jìn)行原因分析，最后闡述相應(yīng)的改進(jìn)措施及具體處理方法，為其他單位及個(gè)人提供參考。

1 導(dǎo)葉止推裝置的結(jié)構(gòu)及作用

1.1 結(jié)構(gòu)

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部分主要包括：控制環(huán)、上下連桿、導(dǎo)葉臂（拐臂）、導(dǎo)葉臂Ⅱ（剪切臂）、錐銷（用于導(dǎo)葉臂與活動(dòng)導(dǎo)葉上端面連接）、偏心銷（用于調(diào)整活動(dòng)導(dǎo)葉立面間隙）、凸緣板（通過把合螺栓和圓柱銷釘與導(dǎo)葉臂把合）等部件，執(zhí)行部分主要包括20個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉，其中在凸緣板與頂蓋套筒的接觸表面，直徑方向?qū)ΨQ安裝有兩塊非金屬自潤(rùn)滑的抗磨塊，每塊抗磨塊通過3個(gè)沉頭螺釘與頂蓋套筒把合固定，同時(shí)，為了防止活動(dòng)導(dǎo)葉軸向竄動(dòng)，在凸緣板上面安裝有上止推壓板，上止推壓板通過圓柱銷釘、螺母與頂蓋套筒把合，在凸緣板與上止推壓板的接觸表面，圓周方向均布4塊非金屬自潤(rùn)滑的抗磨塊，每個(gè)抗磨塊有3個(gè)沉頭螺釘與上止推壓板進(jìn)行把合（見圖1）。

1.2 抗磨塊的作用

凸緣板與頂蓋套筒上的2塊抗磨塊主要承受導(dǎo)水機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量，在活動(dòng)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，導(dǎo)葉臂帶動(dòng)凸緣板進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，頂蓋套筒和上止推壓板靜止，為了防止凸緣板與頂蓋套筒接觸表面產(chǎn)生刮擦，故在容易刮擦的地方設(shè)置抗磨塊，同理，為了保護(hù)凸緣板與上止推壓板之間接觸面，所以在上止推壓板設(shè)置抗磨塊。

2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)檢查及導(dǎo)葉止推裝置磨損情況

導(dǎo)葉與頂蓋抗磨板研傷問題的發(fā)生，與導(dǎo)葉端面間隙及導(dǎo)葉止推裝置有著必然的聯(lián)系，決定對(duì)2號(hào)機(jī)導(dǎo)葉端面間隙進(jìn)行測(cè)量（見表1）。

表1 研磨處理前2號(hào)機(jī)導(dǎo)葉端面間隙Tab.1 The clearance of the guide blade of the unit 2 before grinding mm

為了檢查導(dǎo)葉止推裝置是否正常，決定現(xiàn)場(chǎng)拆解產(chǎn)生研傷的4、5、6、9、10、19號(hào)導(dǎo)葉止推裝置，通過觀察，各導(dǎo)葉止推裝置情況如下：

（1）4號(hào)導(dǎo)葉止推裝置：導(dǎo)葉端頭螺栓松動(dòng)，導(dǎo)葉上軸瓦上移，已高出頂蓋套筒上端面，上移量約30mm；兩塊把合在套筒上的抗磨塊磨損嚴(yán)重，沉頭螺釘端部已與抗磨塊相平；4塊把合在導(dǎo)葉止推壓板上的抗磨塊磨損嚴(yán)重，沉頭螺釘端部已經(jīng)與抗磨塊相平，部分螺釘已斷裂；不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）有不同程度圓周方向的劃痕，其中一個(gè)不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）把合螺栓松動(dòng)，圓柱銷釘正常（見圖2和圖3）。

圖3 4號(hào)導(dǎo)葉套筒抗磨塊Fig.3 No.4 guide blade sleeve wear block

（2）9號(hào)導(dǎo)葉止推裝置：把合在頂蓋套筒上的兩塊抗磨塊正常；8塊把合不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）的內(nèi)六角沉頭螺釘全部松動(dòng)，其中兩個(gè)松動(dòng)較為嚴(yán)重的內(nèi)六角沉頭螺釘與頂蓋套筒刮傷，導(dǎo)致這兩個(gè)螺釘已彎曲，頂蓋套筒有明顯刮傷痕跡；不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）上兩個(gè)圓柱銷釘斷裂（圓柱銷釘斷口無屈服現(xiàn)象），圓柱銷釘斷裂后使凸緣板（止推環(huán)）竄動(dòng)（見圖4和圖5）。

圖4 9號(hào)導(dǎo)葉止推裝置Fig.4 No.9 guide vane thrust device

圖5 斷裂的圓柱銷釘Fig.5 Cracked cylindrical pin

（3）19號(hào)止推裝置：兩個(gè)把合在套筒上的抗磨塊皆斷裂，且斷裂成多塊，沉頭螺釘基本全部斷裂，且有一些螺釘碎渣與抗磨塊融為一體，抗磨塊磨損嚴(yán)重，拆除后有許多粉末；導(dǎo)葉止推壓板上的4塊抗磨塊磨損嚴(yán)重，其中一塊抗磨塊斷裂，圓柱銷釘正常（見圖6和圖7）。

蒲石河電站每套導(dǎo)葉止推裝置共有6塊抗磨塊，4、5、6、9、10、19號(hào)導(dǎo)葉止推裝置共拆解下來36塊抗磨塊，通過對(duì)這36塊抗磨塊磨損后尺寸的測(cè)量（見表2），發(fā)現(xiàn)大部分抗磨塊磨損嚴(yán)重（抗磨塊正常尺寸為8+0.05-0.03，單位mm）。

圖6 套筒上斷裂的抗磨塊Fig.6 Wear resistant blocks broken on a sleeve

圖7 止推壓板上斷裂的抗磨塊Fig.7 Wear block on a thrust plate

表2 抗磨塊磨損后尺寸測(cè)量Tab.2 Dimensional measurement of wear resistant blocks mm

3 原因分析

產(chǎn)生導(dǎo)葉與頂蓋抗磨板研傷現(xiàn)象的原因有以下幾方面：

（1）在機(jī)組啟機(jī)過程中由于導(dǎo)葉上浮力過大，從而導(dǎo)致導(dǎo)葉上浮。

分析：導(dǎo)葉上浮力過大是導(dǎo)葉下軸徑端面承受高壓水導(dǎo)致，此情況產(chǎn)生的原因可能是因?yàn)閷?dǎo)葉下端面排水管排水不暢，或?qū)~下軸徑密封損壞，進(jìn)水量大于排水量導(dǎo)致，由于蒲石河電站2號(hào)機(jī)組從2012年4月11日投入商業(yè)運(yùn)行至今已運(yùn)行5年，故此為原因之一。

（2）抗磨塊磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致沉頭螺釘端部與抗磨塊相平，進(jìn)而導(dǎo)致不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）變形使凸緣板沒起到止推作用，導(dǎo)致導(dǎo)葉上抬與頂蓋抗磨板發(fā)生研傷現(xiàn)象。

分析：①導(dǎo)葉上浮力太大，導(dǎo)致不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）與抗磨塊之間摩擦力過大，導(dǎo)致抗磨塊快速磨損。②2號(hào)機(jī)在2012年曾出現(xiàn)兩次導(dǎo)葉與頂蓋抗磨板研傷的情況，且兩次均比較嚴(yán)重。在第二次處理后，導(dǎo)葉止推壓板在安裝時(shí)已與不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）施加了預(yù)應(yīng)力，預(yù)應(yīng)力的存在，加速了止推壓板抗磨塊的磨損。③導(dǎo)葉工作時(shí)，在水壓作用下，導(dǎo)葉軸線會(huì)產(chǎn)生彎曲，造成導(dǎo)葉臂、不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）略微傾斜。傾斜后，不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）與套筒上的抗磨塊之間壓應(yīng)力加大，造成套筒上的抗磨塊磨損加快，見圖8。④抗磨塊磨損后，沉頭螺釘與抗磨塊相平，導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）與沉頭螺釘接觸，造成沉頭螺釘斷裂，不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）產(chǎn)生劃痕，同時(shí)對(duì)自潤(rùn)滑抗磨塊造成更嚴(yán)重的損傷。故抗磨塊磨損嚴(yán)重導(dǎo)致不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）變形使凸緣板沒起到止推作用為此次導(dǎo)葉與頂蓋抗磨板研傷的主要原因。（3）運(yùn)行過程中導(dǎo)水機(jī)構(gòu)螺栓松動(dòng)，導(dǎo)致導(dǎo)葉上抬。分析：抗磨塊磨損嚴(yán)重，導(dǎo)致沉頭螺釘端部與抗磨塊相平，不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）與沉頭螺釘接觸后，不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）振動(dòng)加劇，造成部分導(dǎo)葉臂與不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）8-M16的內(nèi)六角把合螺栓松動(dòng)，與圖紙150N·m的要求不符，故此為原因之一。

圖8 導(dǎo)葉工作時(shí)受力圖Fig.8 Force diagram of guide vane at work

（4）在機(jī)組啟動(dòng)過程中控制環(huán)不水平或接力器受力不均導(dǎo)致導(dǎo)葉上抬。

分析：機(jī)組安裝階段，控制環(huán)與接力器的水平嚴(yán)格安裝廠家及國(guó)標(biāo)要求進(jìn)行，接力器為油壓操作，受力均勻，故該原因可排除。

4 處理方案

（1）更換自潤(rùn)滑抗磨塊及其把合螺栓。螺栓把合時(shí)涂螺紋鎖固膠鎖固，抗磨塊背面涂粘接膠，防止抗磨塊磨損后竄動(dòng)。

（2）更換不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）把合螺栓，更改為8.8級(jí)碳鋼螺栓，預(yù)緊力矩不小于150N·m。螺栓把緊后，將螺栓與不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）點(diǎn)焊處理，防止螺栓松動(dòng)。

（3）不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）與抗磨塊接觸面打磨處理，去除高點(diǎn)，保證接觸面在圓周方向無明顯凸出。

（4）不銹鋼凸緣板（止推環(huán)）與抗磨塊接觸面涂潤(rùn)滑脂獲潤(rùn)滑油，降低與抗磨塊間的摩擦系數(shù)，延長(zhǎng)抗磨塊使用壽命。

（5）修磨導(dǎo)葉及頂蓋抗磨板研傷區(qū)域，并重新調(diào)整導(dǎo)葉端面間隙，按照下端面0.2～0.25mm、上端面0.5～0.75mm進(jìn)行調(diào)整。調(diào)整后，將導(dǎo)葉在全關(guān)、全開范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)幾次，確保不再研傷。

（6） 對(duì)于4、5、6、9、10、19號(hào)導(dǎo)葉止推裝置回裝并調(diào)整完導(dǎo)葉端面間隙后，在導(dǎo)葉臂的兩側(cè)分別各用一個(gè)10t（共計(jì)20t）的千斤頂支頂，導(dǎo)葉向上的位移應(yīng)控制在0.25mm以內(nèi)。若超出，通過降低導(dǎo)葉止推壓板下端的調(diào)整墊片進(jìn)行調(diào)整。

5 結(jié)束語(yǔ)

調(diào)整2號(hào)機(jī)組4、5、6、9、10、19號(hào)導(dǎo)葉端面間隙后，在4、5、6、9、10、19號(hào)導(dǎo)葉臂的兩側(cè)分別各用一個(gè)10t（共計(jì)20t）的千斤頂支頂，導(dǎo)葉向上的位移僅在0.12～0.15mm之間，在多次進(jìn)行開關(guān)導(dǎo)葉試驗(yàn)后檢查2號(hào)機(jī)組導(dǎo)葉和抗磨板情況，無研磨現(xiàn)象。表明上述處理方法得當(dāng)，采取的措施準(zhǔn)確。