平班水电站水轮机转轮叶片漏油分析与处理

吴良有，郭 磊

（1.广西平班水电开发有限公司，广西 南宁 533402；2.南昌工程学院 机械与动力工程系，江西 南昌 330099）

1 概况

平班水电站位于广西壮族自治区与贵州省界河一南盘江上，是红水河综合利用规划的第三个梯级电站。电站安装3台单机容量为135 MW的水轮发电机组，总装机容量405 MW。水轮机部分由上海福伊特西门子水电设备有限公司制造，型号为：ZZS-LH-722。2004年12月4日，电站第一台机组正式投入商业运营，2号机组于2005年4月投运。

2005年8月30日，电厂发现3#机转轮的3号和4号桨叶密封漏油。经检查发现1#桨叶第一层密封内侧大部分被损坏，左下部密封挡环内侧被刮伤，长度约150 mm，宽约0.5 mm，上部偏左密封挡环与桨叶轴严重磨损，长约50 mm，宽约0.5 mm；2#桨叶第一层密封内侧整圈被夹断一条，左侧密封挡环的内侧与桨叶轴摩擦，密封挡环被刮伤，长约70mm，下部密封挡环内侧被磨损刮伤，长约60 mm，宽约为1 mm；3＃桨叶最内层密封右上角位置被卡在密封挡环间隙内，其他密封被挤压损坏，左下角处桨叶密封挡环产生摩擦有局部咬死，密封挡环与桨叶同步转动，密封挡环与桨叶轴之间夹着铁屑和橡胶末；4＃桨叶第四层（从里往外数）和第三层密封在出水边一侧有严重的鼓包现象，第一层密封条内边整圈被磨掉5 mm一条，第二层密封条也有部分损坏，左边位置桨叶轴与密封挡环产生摩擦有局部咬死，密封挡环与桨叶轴之间夹着铁屑和橡胶末。5#桨叶第四层（从内往外数）密封被夹断一条，长约130 mm，宽5 mm，第三层密封部分被损坏，第一层密封折叠与第二层密封粘在一起，密封内侧被损坏。密封挡环与桨叶轴一圈有轻度摩擦。1#、2#、5#桨叶的密封挡环同桨叶轴一同转动，表明密封挡环的定位销已断，转轮吊出机坑，解体后发现叶片枢轴，转轮体磨损严重。大小铜套有刮痕，无磨损。

2 漏油成因分析

2.1 尺寸检查

检查1、2、3号机桨叶密封处零部件的尺寸，比较3台机的加工尺寸，3台机的转轮体和叶片都采用高精度的数控机床加工，用相同的数控机床和数控程序加工，加工后的尺寸3台机都在设计范围内，并且优于设计要求。最大可能的叶片相对于转轮体下沉量3台机都很接近。

2005年12月在工地测量了叶片枢轴到转轮体的距离B，见图1。

结果表明偏心量比较大。为调查分析产生偏心的原因，转轮体运到生产厂家车间后，上数控镗床测量各孔的同轴度，叶片上数控立车测量各轴档的同轴度。结果表明尺寸均和VSS提供的报告一致。叶片各轴档的同轴度都在0.02 mm的范围内，转轮体密封档与大铜套中心在+45°方位偏约0.3 mm，它和工地的测量结果基本吻合。

图1 叶片枢轴到转轮体距离

2.2 密封结构分析

根据密封的原理，密封的间隙需要合适，如果内圆用大的间隙，可能会产生支持环和枢轴不同心和间隙不均匀，V型密封圈可能会单面受压，另一面松弛，造成漏油。根据福伊特西门子公司多年的经验，支持环外圆的间隙稍微大，内圆采用小间隙，最优的间隙为0.15mm。

由于支持环比较单薄，控制此环在任何一点处的直径都必须大于1150 mm，因为枢轴是负公差，保证支持环能自由地在枢轴移动。所以平班3号机转轮在车间安装试验后又拆下叶片和支持环，在支持环上没有发现任何擦伤的痕迹。因为外圆的间隙较大，此环可以随着枢轴一起浮动而不会碰到转轮体。这样弹簧销不会在运行时被剪断。1#机已安全运行一年，2#机已安全运行半年，证明了此销不会在运行时被剪断。平班3#机5个叶片都漏油的主要原因是转轮体偏心、V型圈卡入支持环和弹簧销剪断，支持环随枢轴转动，带动V型圈，密封圈松弛，造成漏油。叶片的受力方向是在不停地变化，正常出力时，水推力的方向是朝下并偏转动方向一个角度，在过渡工况时水推力方向是朝上的。因此设计时需考虑此环能浮动。

2.3 原因分析

经过对以上专家组、业主、厂家和安装公司共同测量的结果和在生产厂家车间的实测结果分析，认为造成此次漏油的原因有以下几点：

（1）车间加工第3套转轮体，冷套大小铜套后，加工铜套前需设置0位，由于对刀失误与原底孔中心偏移了约0.3 mm，致使5个大小铜套中心与原来的底孔加工中心偏了约0.3mm。

（2）工地安装顺序不当：安装说明书要求先把紧叶片的超级螺母，后装密封和压盖。工地安装时先装密封和压盖，后把紧叶片的超级螺母，致使密封圈卡入卡环内。

（3）意外的过速试验：2005年8月17日机组过速试验时，导叶和叶片打开后，中间没有平稳运行过程，马上关叶片和导叶，使得转速上升超过了保证值，叶片的水推力在瞬间由向下最大变为向上最大，可能使桨叶密封雪上加霜。

3 漏油事故处理

3.1 处理方案制定

根据现场事故情况，讨论漏油处理方案，决定采取先补焊修复，补焊修复的施工工艺由生产厂家提供，焊接合格后进行重新装配。处理前对漏油情况详细记录，要求有详细的数据及清晰的照片，便于技术分析及存档。

3.2 处理方法

（1）叶片：用E309L焊丝亚弧焊修复枢轴，上数控立车车补焊区域。为消除焊接咬边，密封档直径Φ1050 h8（0，-0.165）公差放大至Φ1050（0，-0.2）。局部咬边区域抛光处理。

（2）转轮体：用E309L焊丝修复转轮体磨损区域和外球面气蚀区域。为消除偏心，在45度（测点2）附近120度的范围内堆焊E309L，为减少焊接变形，只堆密封区域附近，靠近大铜套端区域不堆焊，直径车大至Φ1202 mm，如图2。为消除焊接咬边，密封档直径1200 9H9（+0.26，0）公差放大至1200（+0.3，0）。外球面气蚀堆焊区域上数控立车与原加工球面接平。

图2 转轮体的修复

（3）精加工后在车间对转轮重新装配试验，试验合格后解体运抵工地装配。

（4）VSS将细化叶片密封安装步骤，在工地严格按安装说明书安装并按国家标准要求进行试验。

4 结语

通过上述方法对漏油现象进行处理，3号机已安全运行1000多天，漏油现象得到了有效控制。鉴于轴流转桨式水轮发电机组在运行过程中转轮叶片时有漏油现象发生，漏油产生的原因各有不同，处理方法也各异。本文介绍的方法为分析故障形成原因及制定处理该类事故方案提供了一定的参考。