紫蘭壩電站控制環(huán)抗磨板磨損分析與處理

李紅軍

（寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元 628003）

1 概況

紫蘭壩電站位于四川省廣元市境內(nèi)，是嘉陵江支流—白龍江干流梯級(jí)開發(fā)流域中的最后一級(jí)。電站采用燈泡貫流式機(jī)組，總裝機(jī)容量102 MW（3×34 MW），年平均發(fā)電量約4.4億kW·h。電站水輪機(jī)型號(hào)為GZ(836)-WP-535，由東方電機(jī)股份有限公司生產(chǎn)提供，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速136.4 r/min，額定水頭15.4 m。機(jī)組控制環(huán)為分半結(jié)構(gòu)，總重量約11 t，主要是傳遞接力器力矩給導(dǎo)葉，控制導(dǎo)葉開關(guān)。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)由導(dǎo)葉內(nèi)外配水環(huán)、導(dǎo)葉、連桿機(jī)構(gòu)、控制環(huán)、重錘和左右對(duì)稱接力器等部件組成，導(dǎo)葉和拐臂是通過(guò)脹套連接，采用固定連桿和彈簧式連桿交替的結(jié)構(gòu)（見圖1所示）?？刂骗h(huán)直接放在導(dǎo)葉外配水環(huán)上，通過(guò)限位塊固定，控制環(huán)內(nèi)側(cè)有弧形抗磨板,起徑向支撐、抗磨損的作用；軸向上、下游限位塊側(cè)面裝有平面抗磨板,起軸向支撐定位、抗磨損作用。

圖1 控制環(huán)

2 現(xiàn)象分析

紫蘭壩電站3 F機(jī)組停機(jī)后出現(xiàn)蠕動(dòng)現(xiàn)象，機(jī)組蠕動(dòng)會(huì)嚴(yán)重?fù)p害機(jī)組導(dǎo)軸承及推力軸承，長(zhǎng)時(shí)間蠕動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)組燒瓦，嚴(yán)重影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。檢修人員對(duì)機(jī)組檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)控制環(huán)下部有抗磨板磨損銅粉，進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)控制環(huán)抗磨板存在嚴(yán)重磨損，測(cè)量控制環(huán)和導(dǎo)葉外配水環(huán)之間間隙大于設(shè)計(jì)圖紙要求。

紫蘭壩電站3 F機(jī)組檢修期間發(fā)現(xiàn)：①檢查機(jī)組導(dǎo)葉間隙在規(guī)程范圍內(nèi)，但部分導(dǎo)葉存在上下不均的情況，說(shuō)明導(dǎo)葉存在一定的扭力壓迫；②測(cè)量控制環(huán)和導(dǎo)葉外配水環(huán)之間間隙明顯大于設(shè)計(jì)圖紙要求；③拆卸3 F機(jī)組控制環(huán)后進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)控制環(huán)、抗磨板以及導(dǎo)葉外配水環(huán)圓周面磨損情況嚴(yán)重,上部控制環(huán)抗磨板磨損嚴(yán)重，但還未磨損至限位塊本體；下部控制環(huán)不僅抗磨板磨損掉，限位塊本體均磨損超過(guò)3 mm（見圖2所示）。

3 原因分析

圖2 抗磨板

（1）對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行力矩分析得知控制環(huán)在控制導(dǎo)葉動(dòng)作過(guò)程受到多個(gè)力矩作用，左右接力器形成一對(duì)平衡力矩，關(guān)閉側(cè)的重錘或接力器與控制環(huán)安裝存在不同心，可能破壞接力器平衡力矩，導(dǎo)致控制環(huán)動(dòng)作時(shí)與導(dǎo)葉外配水環(huán)接觸面間隙異常；另外控制環(huán)本體重量本身較大，其全部11 t重量壓在導(dǎo)葉外配水環(huán)上，破壞平衡力矩，使上部抗磨板受力大，摩擦力的增加導(dǎo)致上部抗磨板磨損嚴(yán)重；同時(shí)控制環(huán)與導(dǎo)葉外配水環(huán)間隙不均使得控制環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)中心與機(jī)組中心出現(xiàn)較大偏差，導(dǎo)致控制環(huán)嚴(yán)重受力不均勻，進(jìn)一步加速了徑向抗磨板的磨損，同時(shí)還會(huì)造成套筒軸套產(chǎn)生單面受力的效果，導(dǎo)葉的軸向水推力經(jīng)拐臂、連桿傳遞給控制環(huán)一個(gè)斜拉力,在導(dǎo)葉外配水環(huán)運(yùn)行過(guò)程中形成反推力和摩擦力,多個(gè)力屬異面匯交力矩,故合力大小方向總隨負(fù)荷調(diào)節(jié)的不斷變化而發(fā)生變化。因控制環(huán)本身受力變化較大的原因,對(duì)抗磨板的材質(zhì)要求比較高,同時(shí)要求抗磨板本體是具有一定潤(rùn)滑性能的合金材質(zhì)，但現(xiàn)場(chǎng)檢查抗磨板發(fā)現(xiàn)其潤(rùn)滑性能確實(shí)無(wú)法滿足機(jī)組運(yùn)行的實(shí)際需求。

（2）抗磨板設(shè)計(jì)厚度較薄,無(wú)法滿足現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行要求，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)由固定連桿和彈簧連桿相間連接，而彈簧連桿容易使控制環(huán)在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生扭矩,抗磨板設(shè)計(jì)厚度僅為3 mm，設(shè)計(jì)厚度明顯偏薄，在摩擦力較大或控制環(huán)受力不均勻情況下較容易被磨損掉，不能滿足現(xiàn)場(chǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行要求。

（3）抗磨板材料本身的機(jī)械性能不夠。機(jī)組應(yīng)采用具有自潤(rùn)滑功能的抗磨板，抗磨板雖然為自潤(rùn)滑材料,但潤(rùn)滑性能不良，效果不佳，運(yùn)行中沒有考慮外加潤(rùn)滑油,在實(shí)際運(yùn)行中,可能出現(xiàn)硬摩擦現(xiàn)象，摩擦面硬摩擦現(xiàn)象加速抗磨板的磨損現(xiàn)象。

（4） 因上部軸向抗磨板均出現(xiàn)嚴(yán)重磨損，控制環(huán)與抗磨板局部本身間隙超過(guò)0.1 mm，貫流式電站水頭變化較大，運(yùn)行過(guò)程的水力不平衡，造成控制環(huán)振動(dòng)增大，同時(shí)控制環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)中心與機(jī)組中心本身就存在較大偏差，兩種因數(shù)疊加嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)；同時(shí)導(dǎo)葉進(jìn)水量不平衡導(dǎo)致機(jī)組水力不平衡，控制環(huán)受力不均，也造成機(jī)組振動(dòng)增加，套筒軸套單邊受力，可能導(dǎo)致套筒漏水量增加，控制環(huán)各部件磨損也隨之增加。

（5）接力器垂直度不一致，經(jīng)過(guò)測(cè)量?jī)蓚€(gè)接力器垂直度相差達(dá)0.2 mm/m,在控制環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)中心與機(jī)組中心不一致情況下，控制環(huán)與抗磨板局部間隙大于0.1 mm，同時(shí)接力器球軸承出現(xiàn)卡死現(xiàn)象，使軸向摩擦局部受力大，控制環(huán)抗磨板出現(xiàn)硬摩擦，加劇抗磨板的磨損。

4 問(wèn)題處理

結(jié)合原因分析,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,主要采取了以下措施：

（1） 控制環(huán)在原來(lái)的基礎(chǔ)上增加14對(duì)徑向限位塊,均勻布置在控制環(huán)上，增大控制環(huán)徑向受力面積,減小對(duì)導(dǎo)葉軸套、控制環(huán)抗磨板磨損。同時(shí)所有徑向和軸向抗磨板進(jìn)行更換,調(diào)整控制環(huán)中心，保證控制環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)中心與機(jī)組中心達(dá)到一致，減小控制環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的阻力，對(duì)新抗磨板螺孔逐一沖出與限位塊螺栓孔對(duì)應(yīng)貼合的凹槽，用銅螺絲將抗磨板把合在限位塊上。并在兩端焊接兩個(gè)限位塊，保證限位塊不得高于抗磨墊。檢查新抗磨板無(wú)刮傷（擦劃）和焊渣燒燙坑，磨板緊固、無(wú)脫落?；匮b已檢修好的限位塊，按設(shè)計(jì)要求調(diào)整復(fù)測(cè)限位塊之間的間隙均為64.13~64.27 mm，保證各抗磨板受力均勻。

（2）針對(duì)接力器腔可能存在串油現(xiàn)象，更換接力器更換活塞環(huán)及各部密封件，保證接力器運(yùn)行可靠性。按照安裝說(shuō)明書要求，在接力器開啟與關(guān)閉腔分別做8.8 MPa耐壓試驗(yàn)，保壓30 min，檢查接力器缸蓋與活塞端蓋處應(yīng)無(wú)滲漏現(xiàn)象，無(wú)機(jī)械變形；檢查接力器外觀無(wú)異常，動(dòng)作靈活、到位，檢查各管路及閥門無(wú)滲漏現(xiàn)象。

（3）接力器壓緊行程調(diào)整，減少機(jī)組停機(jī)時(shí)漏水量。測(cè)量原接力器壓緊行程測(cè)量為左0.75 mm,右1.25 mm,壓緊行程不滿足設(shè)計(jì)要求。在未連重錘的情況下將導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整合格后，將左右接力器與控制環(huán)進(jìn)行連接。連接前通過(guò)調(diào)整接力器叉頭螺栓至合適長(zhǎng)度，使得連接后不帶重錘測(cè)量左接力器活塞處于缸頂位置，右接力器活塞處于缸底位置。接力器與控制環(huán)連接完畢后，將重錘與控制環(huán)連接，通過(guò)旋轉(zhuǎn)接力器叉頭螺紋，調(diào)整接力器伸出長(zhǎng)度。將右接力器活塞缸向上提10 mm，將左接力器向下放10 mm，調(diào)整完畢后將接力器螺帽鎖緊。重新調(diào)整接力器壓緊行程后測(cè)量：不帶重錘測(cè)量左接力器9.5 mm,右接力器10.3 mm，符合安裝說(shuō)明書接力器壓緊行程7~11 mm要求。

（4）對(duì)控制環(huán)球軸承和拐臂球軸承進(jìn)行檢修處理，及時(shí)更換磨損嚴(yán)重或不靈活球軸承，保證球軸承轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，提高控制環(huán)對(duì)導(dǎo)葉有效控制，降低套筒軸套磨損，更換因套筒軸套磨損而出現(xiàn)漏水軸套，減少套筒軸套單邊受力現(xiàn)象。

（5）對(duì)接力器球軸承進(jìn)行檢查更換，保證即使兩個(gè)接力器垂直度不一致情況下，也能保證控制環(huán)抗磨板不與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)出現(xiàn)硬摩擦。

5 結(jié)語(yǔ)

紫蘭壩3 F機(jī)組檢修后效果良好，通過(guò)對(duì)紫蘭壩電站3 F機(jī)組控制環(huán)抗磨板磨損及接力器密封、壓緊行程等部件處理,解決了機(jī)組蠕動(dòng)、控制環(huán)抗磨板磨損問(wèn)題，達(dá)到預(yù)期效果，對(duì)處理同類型機(jī)組蠕動(dòng)、控制環(huán)抗磨板磨損具有一定借鑒意義。