淺談某水電站燈泡貫流機(jī)組水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪技術(shù)改造

李嘉平

（廣東梅雁吉祥水電股份有限公司三龍水電站，廣東 梅州514000）

0 前言

水電是一種重要的綠色可持續(xù)利用資源[1]，世界各國把水能資源的綜合利用放在戰(zhàn)略性地位，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)顯示，我國與美國、日本、加拿大等發(fā)達(dá)國家對(duì)水能的利用率還存在較大差距[2-4]，盡管我國水資源豐富，但在開發(fā)利用程度方面與西方發(fā)達(dá)國家相比還有一定差距，未來一段時(shí)間，在我國當(dāng)前面臨的能源及環(huán)境污染等問題挑戰(zhàn)時(shí)期，可以預(yù)測水電將會(huì)得到快速發(fā)展[5-7]。水輪機(jī)是一種將水流能量轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的水利設(shè)備，可分為反擊式及沖擊式2 種，反擊式水輪機(jī)可分為混流式、貫流式、軸流式及斜流式4 種[8]。貫流式水輪機(jī)水頭為3～20 m 的低水頭小型河床電站應(yīng)用非常普遍[9]，具備總投資低、資源綜合利用高的優(yōu)勢，在我國沿海地區(qū)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)，用電需求量日益增大，能源緊缺的情況下需要開發(fā)利用低水頭水力資源以解決當(dāng)?shù)赜秒娋o張的問題，燈泡貫流式水輪機(jī)得到廣泛 運(yùn)用[10-11]。

單竹水電站現(xiàn)有4 臺(tái)韶關(guān)水輪發(fā)電機(jī)廠制造的8.5 MW 燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量34 MW，設(shè)計(jì)水頭6.2 m，機(jī)組設(shè)計(jì)發(fā)電年平均利用3 992 h，年平均發(fā)電量13 574 萬kW·h。電站于2001 年8 月第1 臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電、其他3 臺(tái)機(jī)組分別于2001 年10 月、2002 年3 月、2002 年5 月投產(chǎn)發(fā)電。

1 燈泡貫流機(jī)組水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪改造技術(shù)方案 對(duì)比

因電站所用水輪機(jī)時(shí)間較長，鑒于當(dāng)時(shí)供應(yīng)商制造技術(shù)的限制及安裝經(jīng)驗(yàn)不足等原因，出現(xiàn)了轉(zhuǎn)輪體活塞竄油現(xiàn)象，以至油壓油泵控制設(shè)備啟動(dòng)較頻繁，機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定。本次我們對(duì)水輪機(jī)檢修中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)輪體接力器缸體拉傷嚴(yán)重，拉傷總面積占缸體2/3，拉傷最深處約8 mm，轉(zhuǎn)輪活塞外徑拉傷同樣較嚴(yán)重，拉傷總面積占外徑2/3，拉傷最深處約6 mm，基于目前的狀況，不能按照以往對(duì)水輪機(jī)接力器進(jìn)行簡單打磨、補(bǔ)焊，更換活塞等處理方式，需進(jìn)行全面有效的技術(shù)改造，經(jīng)結(jié)合電站的實(shí)際情況及相關(guān)技術(shù)人員的意見提出2 種技術(shù)改造方案。

1.1 原因分析

在進(jìn)行技術(shù)改造前先對(duì)水輪機(jī)活塞及接力器缸體損傷事故進(jìn)行總結(jié)分析，有利于做出針對(duì)性技術(shù)改造，通過分析得出以下原因：

（1）轉(zhuǎn)輪體接力器缸體結(jié)構(gòu)問題，原結(jié)構(gòu)鑄鋼與鑄鋼及鑄鐵的間隙配合，長時(shí)間的相互運(yùn)動(dòng)，容易出現(xiàn)局部拉傷，一但出現(xiàn)局部拉傷現(xiàn)象，再進(jìn)行相互運(yùn)動(dòng)，就會(huì)出現(xiàn)缸體惡性循環(huán)。

（2）鑄件的局部缺現(xiàn)問題，同樣會(huì)造成上述結(jié)果。

（3）轉(zhuǎn)輪裝配的整體配合尺寸問題、潤滑油的清潔度等等都有可能造成上述結(jié)果。

結(jié)論：結(jié)合上述分析，要比較切底的改變現(xiàn)狀，首先要考慮結(jié)構(gòu)的改造，目前水輪機(jī)槳葉操作使用的是活塞移動(dòng)式結(jié)構(gòu)，活塞可依靠連桿、耳柄及拐臂來控制槳葉的運(yùn)動(dòng)，與操作架具有相同功效，為避免活塞進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，通過導(dǎo)向鍵來控制活塞，活塞與活塞桿之間采用卡環(huán)進(jìn)行連接，活塞桿安裝于銅瓦之上，并作往返運(yùn)動(dòng)。活塞與其他部件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的磨損以及與各零件的裝配間隙等原因，造成活塞下沉，與支撐架磨損，甚至可能使活塞與接力器進(jìn)行硬性干磨[12]。

1.2 技術(shù)改造方案

1.2.1 技術(shù)方案1

此技術(shù)改造整體方案：將轉(zhuǎn)輪裝配全部返廠，在廠里進(jìn)行預(yù)裝并進(jìn)行有關(guān)檢測，以保證改造質(zhì)量。根據(jù)機(jī)組實(shí)際情況進(jìn)行2 個(gè)方面的技術(shù)改造：第一，對(duì)活塞密封圈進(jìn)行更換，采用標(biāo)準(zhǔn)孔用方形圈整體密封，該結(jié)構(gòu)在行業(yè)內(nèi)技術(shù)比較成熟，多個(gè)發(fā)電站使用后取得較好的效果，能有效解決漏油問題，同時(shí)不會(huì)對(duì)接力器表面形成磨損的情況，能有效延長缸體的使用周期。第二，采用導(dǎo)向銷結(jié)構(gòu)，用導(dǎo)向銷替換原來導(dǎo)向鍵結(jié)構(gòu)。具體改動(dòng)零件如下：

（1）對(duì)導(dǎo)向鍵的螺栓孔、銷釘孔進(jìn)行補(bǔ)焊操作，打磨轉(zhuǎn)輪體，缸體內(nèi)壁重新精加工，確保缸體表面的光滑程度。

（2）對(duì)葉片開展相關(guān)檢測，與技術(shù)人員進(jìn)行溝通并確定最終方案后再?zèng)Q定葉片線型是否進(jìn)行數(shù)控加工。

（3）對(duì)葉片內(nèi)外軸套進(jìn)行更換，重新制作葉片VX 密封圈。

（4）對(duì)活塞進(jìn)行重新加工，用鋼板結(jié)構(gòu)替代鑄造結(jié)構(gòu)。

（5）重新制做泄水錐及轉(zhuǎn)輪體蓋。

（6）導(dǎo)向鍵用3 個(gè)導(dǎo)向銷進(jìn)行替換，并進(jìn)行重新轉(zhuǎn)配。

（7）對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行重新裝配并開展相關(guān)試驗(yàn)測試，主要包括靜平衡試驗(yàn)、動(dòng)作試驗(yàn)及油壓試驗(yàn)[13-14]。1.2.2 技術(shù)方案2

為了克服現(xiàn)有活塞結(jié)構(gòu)的上述缺點(diǎn)，擬采用一種具有結(jié)構(gòu)簡潔合理、動(dòng)作靈活、不磨損缸體、不竄油，且方便操作、提高工效優(yōu)點(diǎn)的帶導(dǎo)向軸的充壓活塞式結(jié)構(gòu)。

所采用的技術(shù)方案是：設(shè)置整圈密封槽、整圈導(dǎo)向環(huán)及導(dǎo)向軸的充壓活塞式結(jié)構(gòu)?；钊?、接力器桿、操作油管依次進(jìn)行連接，活塞與接力器間采用螺栓進(jìn)行連接。來自受油器開、關(guān)油腔的壓力油通過接力器桿進(jìn)入活塞缸（轉(zhuǎn)輪體腔）推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，再通過耳柄、連桿、轉(zhuǎn)臂等操作葉片轉(zhuǎn)動(dòng)。活塞與轉(zhuǎn)輪體蓋之間設(shè)置導(dǎo)向軸，導(dǎo)向軸有活塞導(dǎo)向及防止活塞轉(zhuǎn)動(dòng)的作用，在活塞上設(shè)置一道整圈密封槽和二道整圈導(dǎo)向環(huán)以減少兩腔漏油和活塞運(yùn)行[15]，具體改造方案如下：

（1）把整個(gè)轉(zhuǎn)輪可拆部件全部拆開，包括銅套，并清洗干凈。

（2）把轉(zhuǎn)輪缸體拉傷部分虛浮鋼屑刨掉，將拉傷溝槽深于1 mm 處全部進(jìn)行補(bǔ)焊，并將轉(zhuǎn)輪體接力器缸上導(dǎo)向鍵的5-M16 及5-φ12 H7 的孔塞住，塞孔時(shí)用原來的M16 螺栓及把φ12 的銷鋸斷，表面要有4 mm 的焊縫（焊絲牌號(hào)：ER50-6）。

（3）補(bǔ)焊時(shí)應(yīng)防止接力器缸變形，補(bǔ)焊后按圖紙精度要求進(jìn)行加工（具體尺寸按實(shí)際情況決定，約φ1 215 mm）。

（4）按專用圖加工活塞。

（5）轉(zhuǎn)輪體蓋在原有毛坯基礎(chǔ)上按專用圖加工。

（6）返鏜3 個(gè)葉片孔的銅套及轉(zhuǎn)輪體與接力器桿的2 個(gè)銅套。（看情況定）

（7）轉(zhuǎn)輪體蓋按專用圖焊接2 個(gè)軸套座（要對(duì)正原來轉(zhuǎn)輪體蓋及轉(zhuǎn)輪體的銷釘位置，按活塞的導(dǎo)向軸的位置定位）。

（8）重新開料加工軸套座、法蘭、導(dǎo)向軸、封油筒、φ50 軸套各2 件。

（9）按專用圖增加導(dǎo)向環(huán)（KF25，25×2.5×2.7 m）2 件、活塞組合密封（MR1 210φ1 215×φ1 182×9.5）1 件。

2 2 種技術(shù)方案比較

通過我們技術(shù)人員對(duì)2 種技術(shù)改造的研究比較，再咨詢外部廠商相關(guān)技術(shù)難題后，決定采用方案2，主要原因有：

方案2 相對(duì)方案1 缺點(diǎn)：整體改造時(shí)間更長，技術(shù)操作相對(duì)復(fù)雜，對(duì)技術(shù)人員加工要求比較高。

方案2 相對(duì)方案1 優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)改造時(shí)間更短，更靈活，不需要把相關(guān)設(shè)備運(yùn)回至廠商進(jìn)行維修，可根據(jù)電站運(yùn)行情況而選擇時(shí)間改造，總體技術(shù)成本更低。

采用方案2 效果：用一道整圈活塞密封、整圈導(dǎo)向環(huán)及導(dǎo)向軸，從而避免了接力器缸嚴(yán)重磨損、槳葉接力器嚴(yán)重竄油、活塞表面的碰撞擠損剝落及活塞環(huán)的卡死。提高了產(chǎn)品質(zhì)量，使水輪發(fā)電機(jī)組良好運(yùn)行。本結(jié)構(gòu)簡潔合理，動(dòng)作靈活，方便操作，提高工效。

3 結(jié)束語

在當(dāng)前資源日趨緊張，生態(tài)環(huán)境壓力的情況下，大力發(fā)展水電行業(yè)是未來的趨勢。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，高水頭大型河床電站基本都有進(jìn)行規(guī)模利用，而低水頭小型河床電站是未來發(fā)展的重點(diǎn)，燈泡貫流被式廣泛認(rèn)為是其首選的一種水輪機(jī)，在其整個(gè)運(yùn)行過程中，不可避免需要進(jìn)行各種技術(shù)改造，本文的技術(shù)改造實(shí)踐目前在低水頭小型河床電站應(yīng)用非常普遍，技術(shù)方案2 在我電廠成功改造運(yùn)用，也為相關(guān)電站燈泡貫流機(jī)組水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪技術(shù)改造提供一定借鑒。