韩玉力
(中广核洪雅百花滩水力发电有限公司,四川眉山620360)
百花滩电厂3号机组水轮机转轮叶片拒动的处理
韩玉力
(中广核洪雅百花滩水力发电有限公司,四川眉山620360)
百花滩电站3号机组突然出现强烈振动故障的分析,故障点的检查、修复及难点和后期注意事项。
3号机组;水轮机;振动;叶片拒动;修复
百花滩电厂属河床式水电站,装机容量3× 40 MW,采用轴流转浆式水轮机,水轮机型号ZZJK508-LH-540,由乐山东风电机厂设计制造。转轮主要由转轮体、叶片、叶片密封装置、叶片操作机构、叶片操作系统及泄水锥等组成。
2015年12月,电厂3号机组在低水头、低负荷运行时,突然出现强烈的振动。经观测,3号机组在低水头和低负荷工况下振动现象突出,在高水头和满负荷工况下振动值正常;另外,相同工况下和其它2台机组相比,3号机组导叶开度和耗水率均高于其它机组,且3号机组运行中有约2 MW负荷波动。结合各种现象,初步分析判断为水轮机转轮叶片失去协联,即转轮叶片操作机构出现故障。
2016年2月2日,电站检修人员在布置安全措施后,开启3号机组尾水进入孔对转轮进行操作检查,发现转轮叶片拒动,叶片始终处于全开位置。
首先,从转轮5个叶片全部拒动和开度的一致性,排除操作架与叶片传动机构故障的可能性。
其次,操作受油器轮叶开度指示正常,说明转轮接力器工作正常,排除转轮接力器以上部件故障的可能性。
排除以上2点后,确定故障点在操作架与转轮接力器活塞的连接上,且存在以下4个可能点:
(1)操作架上部活塞杆断裂;
(2操作架下端与活塞杆连接的套环及卡环脱落;
(3)操作架上端面活塞杆止口处断裂;(4)卡环上端面或下端面活塞杆止口处断裂。可能故障点示意如图1:
图1 故障点位置示意图
根据结构和受力分析,4个故障点的可能性为故障点2<故障点1<故障点3<故障点4。故障点4可能性最大原因为:此处为活塞杆直径最小处(直径240 mm,其余位置分别为320 mm和365 mm),且为受力集中点,另外,止口直角处没有进行倒R角处理,直角处加工刀口易受力开裂直至截面减小后被操作力突然拉断。
由于已判定叶片拒动故障点在转轮体内部,电厂组织相关人员和厂家设计人员,提出以下几种处理方案,并进行了对比分析(见表1)。
表1 方案对比分析
经研究讨论,通过了C级检修从尾水管搭建检修平台修复叶片拒动故障的可行性,并确定方案如下:
(1)搭建检修平台;
(2)拆卸泄水锥围板和泄水锥Ⅰ段;
(3)从泄水锥Ⅱ段放油阀排除转轮Q腔和大轴内的透平油;
(4)拆卸泄水锥Ⅱ段,检查故障点位置,并根据故障点位置采用以下方案:
a卡环上端面或下端面活塞杆止口处断裂。采用将操作架焊接固定在活塞杆上的方式。
b操作架上端面活塞杆止口处断裂或者操作架上部活塞杆断裂。这两种情况均因空间受限不能进行修复,只能采取用外力将叶片拉至最优开度(如满负荷时的开度),在转轮体上焊接挡块,使转轮定桨运行。
c操作架下端与活塞杆连接的套环及卡环脱落。此情况仅需将卡环和套环回装即可。
经布置安全措施和搭建检修平台,顺利从泄水锥开始拆卸,后检查出活塞杆从卡环下端面止口直角处逐渐开裂,当截面减少至约1/6时受力突然断裂,造成操作架失去拉力,叶片不能往关方向动作。
修复结构示意如图2:
图2 修复结构
采用方案a进行修复。首先,在活塞杆卡环段上套入30 mm厚止推法兰盘,在活塞杆下端焊接T型钢板,调整好法兰盘位置后,用2只千斤顶将法兰盘顶紧,使操作架贴合紧密,然后对法兰盘內圆与活塞杆进行堆焊。再在法兰盘下端的活塞杆上轴向焊接10块三角形筋板,加固法兰盘与活塞杆的连接。
另外,通过操作架的空隙进行施工,在操作架上端面与活塞杆焊接10块筋板,强化了操作架与活塞杆的连接。
1)修复受力计算:
活塞直径:φ1 250 mm;活塞杆直径:φ365 mm;
活塞杆卡环直径:φ240 mm;活塞工作油压:40 kg/cm2;
卡环处的拉力:
P=40×(125^2-36.5^2)×π/4=449 020 kg
卡环处的拉应力:σ=P/(π/4×24^2)=992.6kg/cm2
2)操作架修复情况:
上部:活塞杆与操作架用10个90mm×90 mm× 20 mm的三角板相焊,焊缝高度为10 mm;
下部:用一个φ400/φ255×30法兰盘与活塞杆及操作架相焊,再用10个70 mm×90 mm×20 mm的三角板与法兰盘及活塞杆相焊,焊缝高度为10mm;三角板及法兰盘所用材料均为Q235-A;
3)上部筋板能承受的拉力为:
考虑焊缝的允许拉应力为1 500 kg/cm2(焊缝材料的拉断应力大于2 350 kg/cm2)
单个筋板作用面积:F=9×2=18 cm2。
10个筋板作用力:P=10×F×1 500=270 000 kg;
4)下部筋板能承受的拉力为:
考虑焊缝的允许拉应力为1 500 kg/cm2(焊缝材料的拉断应力大于2 350 kg/cm2)
单个筋板作用面积:F=9×2=18 cm2
10个筋板作用力:P=10×F×1 500=270000 kg;
5)上下筋板合力为:270000+270000=540000kg>449 020 kg。
该计算还未计入法兰盘所受的力,因此该处理方案是完全能满足受力要求的。
(1)检修平台的搭建难度大。平台跨度约6 m,且需承重2 t多,结构须较正常检修平台更牢固。此次整个平台的搭建耗费约4 d时间,先用脚手架从尾水管底部层层往上搭建高约10 m的辅助平台,然后通过辅助平台架设承重平台。承重平台用120槽钢对焊后搭建成井型架,并加以辅助加固措施。
(2)焊接工艺水平要求高。由于主要受力部件多为仰焊、堆焊,且空间位置不便于施工,如果焊接质量差则易造成受力损坏。此次焊接工作外委专业焊工按照标准工艺流程完成。
(1)3号机组后期进行A修作业时,转轮体拆卸工作难度将增大,拆卸操作架需进行大量的刨除作业。
(2)另外2台机组虽在近期A修工作中对活塞杆探伤检查未发现异常,但由于活塞杆止口处加工缺陷,不排除其发生断裂的可能性,运行中应加强对机组振动的监测。
百花滩电厂3号机组通过C级检修拆卸转轮泄水锥,顺利完成了轮叶拒动故障的修复,目前机组运行稳定。此次修复工作共计12个工作日,投入人工约50个工时,相比A级检修节约了大量的人力、财力及工期,且达到了机组安全稳定运行的目的,为后期的检修工作积累了宝贵的经验。
[1]东风电机厂.ZZJK508-LH-540水轮机装配图[Z].
[2]DL/T 838-2003发电企业设备检修导则[S].
[3]DL/T817-2002立式水轮发电机组检修技术规程[S].
TK730.8
B
1672-5387(2017)02-0028-03
10.13599/j.cnki.11-5130.2017.02.009
2016-09-07
韩玉力(1981-),男,工程师,从事水电站机械设备检修工作。