高油压调桨式转轮在水电站改造中应用

祁 峰，唐 涛，严平文

（广东省源天工程有限公司,广东 广州 511340）

背景

四会市白沙水电站为绥江干流开发规划六个梯级的第五级，位于四会县城上游5 km的白沙村。电站现有装机2台GZTF08-WP-550灯泡贯流机组，额定水头5.5 m，额定流量178.13 m3/s，额定转速78.9 r/min，安装高程2.8 m，机组结构型式为双支点单悬臂结构。经多年长久运行，转轮密封磨损失效，导致机组漏油严重，严重污染下游河流，而且调速器油泵启动频繁，消耗大量厂用电。为解决上述问题，须对转轮进行改造。

1 改造对比

电站从实用性能和经济性能指标对比后发现，更换常规转轮依然存在传统的受油器因其结构复杂、密封困难造成或多或少的漏油、窜油、烧浮动瓦、操作油管断裂等问题，且操作油管中心调整困难，安装和维修难度大，盘车往往要耗费数天时间。转轮体内轮毂油运行时间长，存在桨叶密封磨损后漏油污染环境的隐患。从节能增效、绿色安全的角度，选用高油压调桨式转轮对电站的水轮发电机转轮进行改造。

高油压调桨式转轮的操作油压由原来的2.5 MPa提升到16 MPa，桨叶接力器从轮毂体内外置于发电机轴端，简化了水轮机转轮结构，可提高转轮的过流能力和能量指标。同时配套使用新型高压高速旋转密封接头装置代替传统的受油器，从而使机组转轮在运行中实现内部无油状态，彻底杜绝因转轮漏油对河流造成环境污染，同时也解决了因转轮漏油造成油压装置油泵频繁启动的问题。另高油压调桨式转轮的接力器和高压高速旋转接头在厂内一体化加工，只需现场首次安装时盘车检查接力器缸与主轴的同心度，同心度合格后钻铰定位销钉；后续检修维护时按销钉定位即可，不需再次盘车。

2 高油压调桨式转轮系统转轮体内部改造

由于是改造项目没有采用新的转轮体，因此采用以旧改新的原则，无需重新铸造新转轮，因此主要设备需要转轮返厂加工，新加工部件在车间及工地现场进行试配和试验。

（1）利用原有GZTF08型转轮进行改造，保留原来转轮的轮毂、叶片。取消原转轮里的活塞、活塞杆及其连接件，更换为转轮操作架、操作轴及相关的连接件（车间完成）。

（2）原转轮里的轴套全部更换成自润滑轴套（车间完成）。

（3）更换原有水轮机桨叶密封，改为进水V型反向自润滑密封（车间预装）。

（4）拆除原有操作油管及其限位装置，增加桨叶操作轴和导轴承以及支撑环，完善操作架结构（车间加工，现场装配）。

（5）增加桨叶操作轴的连接卡环套和锁紧装置（车间加工，现场装配）。

（6）转轮体组装以及静平衡试验在车间完成，试验合格后（Ф1 800 mm圆上的不平衡重量不大于1 kg），拆除桨叶发运至工地。

（7）试验及检查（电站现场）。

图1 高压式调浆转轮体示意图

图2 白沙水电站高压式调浆转轮轴系结构示意图

3 改造后转轮体的现场组装及试验

（1）可利用在支座与基础板把合面间加垫的办法来调整支座上法兰面水平，其水平度应不超过0.05 mm/m。合格后，在支座法兰面上均匀放置厚度相同的紫铜垫。在支座中心位置布置一个千斤顶。转轮体与活塞杆把合面的水平度，不超过0.10 mm。

（2）吊起叶片轴，对准转轮体上相应轴孔，将叶片轴按对应标记缓慢套装入转轮体。套装过程中，同时注意调整转臂，将转臂套装在叶片轴上。当叶片轴基本套装入转轮体后，调整转臂与叶片轴的相对位置，对正转臂与叶片轴销孔，将清理干净的Ф120 mm圆柱销按对应标记装入。拆除叶片轴套装工具。来回提升、降落连杆几次检查叶片轴动作的灵活性，叶片轴应转动灵活，同时装入V型密封，确保压力适中，密封均匀。

（3）根据设计要求，制造车间采用合格的46号汽轮机油进行接力器严密性耐压试验，依次按照50%、75%、100%、110%、125%额定工作压力进行观察，每级试验压力保持10 min，未见有泄漏和异常声响，最大试验压力为20 MPa，保持30 min；各密封面及合缝未见有渗漏和异常声响。由于轮毂内无操作油，为检查桨叶密封安装质量，现场通过转轮检修排油孔向轮毂内注入压缩空气进行气压检漏试验，试验压力为0.3 MPa，保持30 min，未见有泄漏及压降。

（4）桨叶接力器与桨叶操作轴连接后，进行桨叶动作试验，检查操作机构的安装有无憋劲和卡阻现象。桨叶动作应灵活可靠，桨叶开、关动作的最低操作油压为1.7 MPa，桨叶开度转角与接力器行程关系曲线见表1。

表1 白沙水电站桨叶开度和接力器行程关系表

4 受油器部分进行改造思路

受油器是原有桨叶操作油开腔、关腔、轮毂腔的三腔配油装置。由于新型转轮不设轮毂油，因此结构发生颠覆性的变化，使用全新高油压桨叶全自动调节装置，是由新型受油器、接力器、位移传感器、操作杆四部分组成，油缸油压采用16 MPa。调节轴代替原有转轮体操作油管，接力器缸体内使用活塞装置高油压操作系统，安装于电机轴端部，通过活塞移动带动桨叶操作轴作直线运动，改造内容如下：

（1）拆除原机组的受油器及操作油管，更换为高油压桨叶调节器。

（2）发电机集电环及刷架需要根据高油压桨叶调节器装配的要求重新设计制造。

（3）增加16 MPa新的高压桨叶调节控制系统及油压装置。

图3 高油压调桨机构示意图

5 高油压桨叶全自动调节装置现场安装与试验

（1）高油压电液全自动桨叶调节装置接力器缸通过支架连接在发电机轴端，桨叶接力器外壳固定在机组大轴上，接力器活塞固定在桨叶调节轴上，与机组大轴同时旋转，活塞经液压油操作带动桨叶转动，操作接力器的电磁阀可以电动和手动操作，并安装有桨叶位移传感器，实现桨叶开度的闭环调节。

（2）桨叶电液调节控制装置安装在发电机运行层，由电磁阀液压操作机构、液控单向阀（液压锁）、开、关速度调节阀、配套油压装置等组成，现场整体安装。桨叶位移传感器安装于机组灯泡体内。

（3）对于操作油管路和调节装置必须清洗干净，无污物、杂质残留；油管路连接可靠不漏油。由于高压高速旋转接头的旋转体与桨叶接力器的连接座是在车间同车配，现场安装时只需分别在接力器缸的支架侧法兰和高压旋转接头侧法兰的X和Y方向架设百分表进行盘车，接力器缸体摆度的双幅值不超过0.10 mm即可。盘车数据合格后钻铰桨叶接力器和连接支架的定位销钉孔。

表2 白沙电站桨叶接力器盘车记录表 单位：0.01 mm

（4）安装好压力油进油和回油管路，油路经过操作电磁阀、液控单向阀、开关速度调节阀后进入高压高速旋转接头，高压高速旋装接头由壳体、衬套、旋转体、开腔油路和关腔油路等组成，它采用高压 间隙密封方式确保不会窜油泄压，可以向与机组大轴一起旋转的桨叶接力器提供液压油和排出回油。

（5）桨叶充油建压后观察流过高速高压旋转接头的液压油直接控制桨叶接力器活塞的移动，当操作电磁阀在中间位置，液控单向阀将桨叶接力器开、关两腔的油路封闭，如果桨叶接力器和高压高速旋转接头的开、关两腔密封正常，没有窜油现象，那么，桨叶接力器的活塞被固定在当前位置。

（6）调试中注意事项：当桨叶控制操作电磁阀工作在关腔导通位置，压力油进入桨叶接力器关腔，桨叶接力器开腔与回油相通，活塞往关方向移动；当控制操作电磁阀工作在开腔导通位置，压力油进入桨叶接力器开腔，桨叶接力器关腔与回油相通，活塞往开方向移动。进而完成桨叶的开关功能。

6 改造后仍需完善工作

（1）由于设备布置空间改变，重新安装发电机集电环、短轴及刷架，必要时对发电机励磁引出线重新做好绝缘处理；

（2）取消原有轮毂高位油箱，拆除时必须做好安全防护措施；

（3）新增加桨叶调节控制系统及油压装置的使用运行需要重新培训，安装使用；

（4）由于泡头内设备布置改变，需调整泡头内楼梯安装位置和增加调桨机构防护罩。

7 结束语

从目前改造投运的实际工况而言，采用高油压调桨转轮对四会白沙水电站原有的GZTF 08型转轮进行无油化改造后，出力正常高效，杜绝原有转轮漏油污染环境的隐患，降低设备运行维护成本，值的在同类型贯流机组、轴流机组改造中推广，同时由于轮毂腔无油化可以缩小转轮体轮毂比，使新转轮的出力更高，适合在新的设备生产中推广应用。