龚嘴水电站机组导叶振动原因分析及处理

李 东

(国电大渡河检修安装有限公司，四川 乐山 614900)

龚嘴水电站位于四川省境内的大渡河下游，为坝后式径流电站，首台机组于1971年底并网发电，1978年12月全部投产运行，电站原装机为7×100 MW，多年平均发电量34.18亿kWh，年利用小时数4 900 h，在系统中承担调峰调频和事故备用等任务。2002年11月至2012年3月，龚嘴水电站圆满完成了7台机组的增容改造工程，总装机容量为7×110 MW，机组水轮机主要参数见表1。

表1 机组水轮机主要参数表

1 运行中出现振动及现象

2019年7月份，龚嘴水电站2号机组满负荷区(105～110 MW)运行时，5号活动导叶开始出现较明显的水平振摆现象，该导叶拐臂与连杆连接处水平方向的摆动幅度为2 mm左右(见图1)，垂直方向未出现明显振动现象，调整机组负荷(改变导叶开度)后，振动现象有一定改善。经检查其他活动导叶(总24个)，另有5个活动导叶可见轻微的水平振摆现象，且均靠近+Y安装方位。

图1 导水机构结构示意图

2 检修中检查情况

2019年12月，龚嘴水电站2号机组退出运行，按计划进行扩大性A修，重点对该机组活动导叶及其下轴套进行了全面拆卸检查，发现导叶下轴套磨损严重，检查记录如表2。

表2 检查记录表

同时在检查中发现，导叶下轴颈与下轴套密封盒接触并互相磨损(磨损部位见图2)。导叶下轴颈(材质ZG06Cr16Ni5Mo)磨损深度达1.5 mm，磨损严重区域均对应于活动导叶背水面(见图3)，下轴套密封盒(材质0Cr18Ni9)内部直径总磨损量也超过2 mm(见图4)。

图2 导叶下轴颈及密封盒结构示意图

图3 导叶下轴颈磨损情况图

图4 导叶下轴套密封盒磨损情况图

3 振动原因分析

根据检查结果分析龚嘴水电站2号机组活动导叶在运行中产生水平方向振摆的原因：龚嘴水电站2号机组活动导叶及其下轴套于2008年4月完成改造安装并投入运行，截至2019年已连续运行11年多，活动导叶下轴颈及其下轴套经长期磨损，破坏日趋严重，特别是部份活动导叶的下轴套已经完全损坏，活动导叶下轴颈部位失去定位、限位作用[1]，活动导叶运行中受水力因素影响，导叶下端轴在底环轴孔内晃动，以中轴颈部位为支点，引起上轴颈及其连接的拐臂产生振摆现象，同时导叶下轴颈与下轴套密封盒接触并相互磨损，活动导叶下端轴存在与底环轴孔相磨损的迹象。

4 缺陷处理及运行情况

龚嘴水电站2号机组活动导叶下轴颈、下轴套及密封盒的修复方案，由国电大渡河龚嘴水力发电总厂、国电大渡河检修安装有限公司、东方电机有限公司等单位共同商讨制定，由于机组检修工期限制和机组发电需要，机组顶盖和底环保留原状不动，对活动导叶、下轴套、密封盒组件、封盖等部件按方案进行处理：将活动导叶返厂，校核下端轴强度，在保证下端轴强度的前提下，按下端轴最大磨损量对下端轴进行车削加工(实际加工直径减小2 mm)，由制造厂家提供新的下轴套，并通过增大下轴套壁厚(实际增加1 mm)满足下端轴与下轴套配合间隙。补焊导叶下轴颈磨损部位，加工处理导叶下轴颈与密封盒配合部分，使其满足技术要求(见图5)，完成导叶修复[2](见图6)。按原尺寸和材质更换新的密封盒组件及封盖。经处理回装后，设备运行稳定且良好。

图5 导叶下轴端轴修复加工图

图6 导叶下端轴修复后图

5 结构优化建议

1)下轴套更新换型，校核下轴套承载强度后，由耐磨衬板/钢坯复合轴套更换为耐磨衬板/铜坯复合轴套，并加厚2～3 mm，对应安装部位底环轴孔需扩大4～6 mm，钢坯换为铜坯以防止导叶下端轴磨损。

2)密封盒组件结合导叶下端轴和底环轴孔尺寸更新换型，材质由不锈钢更换为663青铜，以防止导叶下轴颈严重磨损。

3)密封盒上方封盖仍采用不锈钢材质，以增强该部位的抗磨蚀性能。