彭水电站2号机组控制环抗磨板偏磨原因分析及处理

俞荣厚

（重庆大唐国际彭水水电开发有限公司，重庆 409600）

0 引言

彭水电站2号机组为天津阿尔斯通生产，为立式混流式水轮发电机组，设计单机容量为350 MWA，水轮机型号为HLF169A0-LJ-768，转轮直径7 680 mm，最大工作水头81.60 m，最小工作水头52 m，额定水头为67 m，彭水电站水轮机机组导水机构由顶盖、底环、24只活动导叶、控制环和传动机构等组成。调速系统通过控制环与导叶联接，机组的负荷调整通过接力器操纵控制环来调节导叶开度实现，控制环分两瓣组合，底部有轴向、径向导轨抗磨板，抗磨板有自润滑性能。

1 控制环的工作原理及偏磨现象

控制环又称调速环,它的作用是将接力器的作用力传递给导叶的传动机构。控制环支撑在顶盖上,为减少摩擦使转动灵活,在控制环的底面和侧面装有抗磨板,抗磨板的材料FZ-5。彭水电站水轮机采用双耳平行式,耳环与接力器推拉杆相连,小耳环与导叶传动机构相连，在接力器的操作下绕水轮机中心线旋转,带动导叶的传动机构运动。

2015年11月，2号机组C修期间，在对控制环抗磨板进行检查时，发现控制环下部沿圆周均积有黑色粉末，对控制环吊起，检查为控制环底抗磨板和侧抗磨板严重磨损产生的铁屑。经对现场状况进行分析为机组运行过程中控制环中心向下游偏移，接力器向开方向移动时控制环内侧抗磨环与顶盖结合面产生摩擦，且在此部位有大量因摩擦产生的铁屑及抗磨块碎屑，据此分析，控制环侧抗磨板过度磨损并有继续磨损、中心位移有扩大趋势。

图1 控制环抗磨板母材被磨损

为查找原因，解决问题，结合检修对控制环抗磨板进行了检查和数据测量。

（1）调速系统消压前，对接力器的全行程、压紧行程、高程进行了测量，测得数据见表1。

表1 接力器测量数据

两接力器全行程相差31 mm，压紧行程相差3.77 mm，均超出了设计值和GB/T 8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》的相关要求，两个接力器高程相差0.92 mm，满足标准要求。

（2）压力钢管排空后，操作接力器，观察接力器动作过程中，控制环整体向下游偏移。接力器从全关至全开位置动作的瞬间，观察控制环抗磨板与顶盖间隙从约5 mm减少至0；接力器从全开向全关位置动作时，直到到达全关位置瞬间，观察控制环抗磨板与顶盖间隙恢复至5 mm。

（3）检查控制环+Y方向（现场23号导叶至11号导叶之间）侧面磨损严重，加工面已被磨损成花面，抗磨板已被全部磨掉，+Y方向控制环母材被磨掉约5 mm；控制环-Y方向（现场5号导叶至12号导叶之间）底面磨损严重，底面抗磨板被磨掉，控制环和顶盖接触面被磨成花面，母材未发现明显尺寸偏小。

（4）控制环吊起后，对顶盖水平进行了检查，测量位置为控制环压板处，测得数据见表2。

表2 顶盖水平测量数据 单位：m

从数据能够看出，顶盖水平测量的最高点与最低点差值为0.73 mm，满足标准规定的要求。

2 控制环偏磨的原因分析

经对控制环调开后检查的情况和测量的数据进行分析，结合控制环的动作原理和结构，分析控制环产生偏磨的主要原因如下：

（1）接力器从全开至全关动作时，1号接力器无杆腔推力比2号接力器有杆腔拉力大（设计接力器推力2 783 kN，拉力2 395 kN），造成接力器动作时，1号接力器推力使控制环向下游偏移，长期运行导致控制环抗磨板磨损。

（2）处理过程中测得两接力器行程不一致，1号接力器行程大，超出标准要求。运行过程中，当导叶全开时，2号接力器活塞已到达底部，而1号接力器活塞此时还未到达端部，继续向前运行，导致控制环向下游偏移。

3 控制环偏磨的处理

为解决控制环偏磨的问题，结合测量检查的各种数据和分析的原因，结合2号机组A级检修，进行了如下处理和改进：

（1）修复控制环和顶盖，将控制环和顶盖母材磨损部位按照工艺进行补焊，考虑到控制环和顶盖尺寸大，重量重，不便于运输，经过市场调研，采用了将车床运输至电站安装间进行加工，对加工尺寸和精度进行严格控制，使其达到设计值。

（2）对控制环抗磨板更换，重新钻铰抗磨板螺栓，并在抗磨板加注润滑脂，回装控制环，按照规范要求调整好接力器水平，并与控制环进行了连接。

（3）在拐臂与控制环连接板连接前，将调速器系统建压至1 MPa，动作接力器，观察控制环与顶盖之间的间隙均匀，没有出现修前检查中的控制环整体向下游偏移现象，观察各部位运行无异常。

（4）将调速器系统建压至6.3 MPa，动作接力器，观察控制环抗磨板与顶盖间隙均匀，在控制环压板处安装百分表，测量控制环跳动量为0.25 mm，满足标准要求。

调整后接力器活塞杆水平、全行程、压紧行程数据见表3。

表3 调整后接力器测量数据

4 结束语

经调研，国内大型水轮发电机控制环偏磨情况时有发生，由于控制环尺寸大，重量重，在检修中不便于处理，控制环偏磨严重时影响机组的安全稳定运行，不容忽视。彭水电站2号机组经过此次处理和改进后，经过了高温大负荷考验，没有再出现控制环偏磨现象，实践证明，此次的处理方法和改进措施是有效的。