新政航电3#机组转轮室改造的运行情况分析

邓小勇，邓小华

(1.四川交投港航嘉陵江新政航电开发有限公司，四川 南充，637676；2.阿坝水电开发有限公司，成都，610041)



新政航电3#机组转轮室改造的运行情况分析

邓小勇1，邓小华2

(1.四川交投港航嘉陵江新政航电开发有限公司，四川 南充，637676；2.阿坝水电开发有限公司，成都，610041)

灯泡贯流式机组转轮室结构的安全性，直接关系到电厂机组运行和经济效益，其结构的工作状态对电厂安全有重大影响，因此探讨分析转轮室的安全性对指导机组安全运行具有重要意义。新政水电站3#机组，针对转轮室存在的振动偏大问题，对其实施了技改方案，对改造后的机组进行了测试情况的运行分析，得出改造成功的结论，并指出存在的问题。

灯泡贯流式 转轮室 振动 新政水电站

1 概述

新政航电枢纽三台灯泡贯流式机组自投运以来，转轮室振动长期处于越限状态。2009年1#机组环形筋板裂纹，2010～2011年度检修中，三台机组转轮室气蚀严重，探伤检测发现碳钢与不锈钢结合焊缝处存在缺陷、裂纹等问题，3#机组尤为突出，裂纹总长度达9450mm，气蚀部位经补焊打磨后，检测3#机组-Y方向局部厚度仅有25mm。为了保证设备安全、稳定运行，2011年7月，在省港航公司的组织协调下，我公司与东电公司(设备供应商)及成勘院(设计单位)相关技术人员，对转轮室强度、振动、焊缝缺陷及气蚀等技术问题进行多次分析、讨论，在借鉴金银台枢纽更换转轮室成功方案的基础上，最终制定了更换三台机组转轮室和技改转轮室平台的方案。技改方案为：

(1)增加转轮室钢强度。环筋厚度为30mm，数量增加为4条，隔板厚度增加为30mm，环筋之间的竖筋厚度为40mm，每条环筋间隔板数量增加为16块；

(2)从材料上改善转轮室的抗汽蚀与磨蚀性能。沿水流方向转轮室不锈钢段长度增加为1910mm(原转轮室不锈钢为910mm),转轮中心线上游侧不锈钢段为540mm,转轮中心线下游段为1370mm。转轮室的不锈钢是由抗汽蚀与磨蚀性能良好的1Cr18Ni9Ti不锈钢材料做成；

(3)按照新的国家标准及厂家标准，将转轮叶片于转轮室的单边间隙值调整为0.00075D1；

(4)原来平台和扶梯的重量全部承受在转轮室上，现将平台和扶梯与转轮室脱开，所有支撑均装于上、下游墙体预埋基础板上。

2 改造过程及运行情况

东电提供的第一台套转轮室于3月14日到货，安装在3#机组上，同时对转轮室平台安装方式进行了改造。4月19日，转轮室及平台安装、调试完成，机组检修结束，开机运行至今，运行正常。转轮室运行工况如下：

(1)机组充水后转轮室下沉量减少，约为0.02mm，更换前为0.46mm；

(2)转轮室平台、楼梯、栏杆有轻微晃动；

(3)转轮室进人孔处的噪音最高为106分贝。

在各种负荷运行工况下，转轮室更换前后各振动数据对比(枢纽振动系统监测)见表1。

表1 转轮室振动监测数据

3 测试情况分析

2012年6月14日，东方电机有限公司对3#机组转轮室进行了模态试验和振动测试。

3.1 充水状态下模态试验

充水状态下各阶振动模态频率及阻尼比见表2。

表2 各阶振动模态频率和阻尼比

3#机组水轮机转速93.8rpm，水机主轴转频激励频率为1.563Hz，转轮叶片4倍转频(桨叶通过频率)激励频率为6.253Hz。从模态固有频率测试结果可以看出，3#机组转轮室改造后的各阶固有频率均远离激励频率1.563Hz、6.253Hz，因此不会产生转轮室结构共振。

3.2 振动测试分析

3#机组转轮室的振动测试成果见表3。

表3 振动测试的位移振幅

从表3测试数据看出，3#机组转轮室在空转、空载、10MW负荷、20MW负荷、30MW负荷、32MW负荷运行过程中振动较小，没有出现明显的水力振动，负荷35MW、36MW时，转轮室垂直(+Y)方向出现振频为0.63Hz的低频振动。负荷35MW时，通频振幅为0.6mm，0.63Hz频率振幅为0.57mm，占通频95%；负荷36MW时，通频振幅为0.78mm，0.63Hz频率振幅为0.61mm，占通频78%。

通过对转轮室锤击模态实验，得到转轮室的固有频率为11.6Hz。而0.63Hz振动频率远离固有频率11.6Hz，所以转轮室振动不是共振造成的。 3.3 测试结果及建议

通过测试，东电认为，3#机组转轮室及平台改造是成功的，基本达到预期效果。建议修正协联曲线，以期达到消除水力低频涡带的影响。

4 存在的问题

4.1 转轮室与叶片单边间隙设计值为0.00075D1，即总间隙为9.45mm。转轮室安装后检测发现，桨叶总间隙为13.20mm～16.45mm，偏离设计及规范要求。此情况会增大机组耗水率，流量增加约1.28m3/s，效率损失在0.08%左右，对机组出力影响较小，无安全隐患；间隙按±X方向均匀调整，+Y比-Y方向大1.5mm～2.0mm调整。经实测，毛水头在13m时，转轮室更换前后机组带额定负荷时的导叶开度由78%增至80%。 4.2 转轮室在制造过程中，不锈钢与碳钢结合焊缝处不是加工的圆滑过渡面，未在热处理前堆焊后加工。

4.3 不锈钢段选材厚度为55mm，碳钢段选材厚度为50mm，接合缝错牙情况较多，板材偏薄，局部加工余量偏少，可能会降低转轮室加工的整体强度。

4.4 转轮室供货技术协议规定，转轮室应具有足够的强度和刚度，加工后的过流面板厚45mm，局部每一块减薄面积不超过0.25m2，总减薄面积不大于转轮室总面积的1/20，板厚不低于40mm。东电报告转轮室实测厚度42mm～51mm，基本达到转轮室供货技术协议要求。

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TK730.316：TK730.7

B

2095-1809(2015)01-0057-03

邓小勇(1987-)，男，四川资阳人，从事水电站运行维护工作；

邓小华(1981-)，男，四川广元人，工程师，学士，从事水电站机电设备安装和检修管理等工作。