雅玛渡水电站转轮护罩损毁故障原因分析及处理方案

【摘要】本文就雅玛渡电站投运初期，水轮机转轮护罩运行过程中出现的问题。由于转轮护罩在机组运行过程中主要保护主轴与转轮联接螺栓的作用，对运行机组的安全运行我检修技术人员对其运行过程中存在的技术问题进行分析，并提出解决方法。

【关键词】法兰护罩；主轴密封；检修密封；空气围带；泵板；原因分析；措施

概述

雅玛渡水电站位于新疆伊犁哈萨克自治州巩留县境内，工程位置距自治区伊宁市71km，距巩留县县城30km。雅玛渡水电站主要建筑物有分水闸、引水渠、排冰闸、压力前池、溢流堰、泄水槽、压力管道、电站厂房、尾水渠。引水渠长6209m，尾水渠长2375m，压力管道长2020m。电站压力前池正常运行水位858.30m，电站装机容量132MW。水电站工程等别为III 等，工程规模为中型。

电站设计水头154.3m，设计引用流量100m3/s，年发电量6.68 亿kW·h，年利用小时数5061h。

雅玛渡水电站水轮发电机组为立轴混流式水轮发电机组，机组额定转速428.6r/min。水轮机型号HLA855-LJ-196，额定出力45.36MW；发电机型号SF44-14/4450，额定容量44MW；水轮发电机组由福建南电股份有限公司制造，水轮机进水阀型号2500YYZ-3，由湖北洪城机械股份有限公司制造。

1、故障问题描述

雅玛渡水电站渠道排水过程中，凌晨8点左右发现水车室有少量烟雾，运行人员将1号机组停机。由于停机时间长、上位机报导叶错位，运行人员采取了关闭蝶阀的措施。

停机后检修人员检查了监控模拟量水导冷却器流量、油位、摆度、瓦温等。水导油位正常，水导冷却器流量正常、瓦温最高54℃，水导摆度最大值0.19mm，两项数据均未到报警停机数值。

2、故障问题检查方向

2.1）压力钢管排水检查蜗壳；

2.2）检查导叶立面间隙；

2.3）检查转轮迷宫间隙；

2.4）检修密封检查。

2.5）顶转子检查

3、检查结果

3.1）进入蜗壳内检查发现大量杂物，由于一根短木卡在两个活动导叶之间造成16号导叶拐臂错位剪断销剪短。

如图一：导叶间卡的短木；

3.2）检修人员随即更剪断销；

3.3）检修人员将导叶全开对转轮下冠与底环用塞尺检查间隙发现间隙增大实际测量单边3.2mm（厂家图纸设计转轮下冠与底环单边间隙要求1.6-1.8mm）超出设计要求数值。

3.4）检修人员顶转子操作检查，发现转子无法正常顶起，经分析决定对机组水导轴承、转动油、工作密封等设备进行拆解检查，拆解后发现水轮机轴法兰与转轮连接螺栓保护罩损毁，空气围带烧毁，空气围带上盒、下座变形情况严重。

如图二：法兰护罩严重损毁变形；

如下图三：法兰护罩损毁的剩余上平面；

如图四：法兰护罩立面损毁卡在顶盖和法兰之间；

4、故障原因分析

4.1）原因之一由于春季融雪性洪水造成渠道内大量泥沙，运行工况较差，转动设备磨损严重。

如下图五：1号机组前池泥沙堆积；

4.2）原因之二法兰护罩设计要求组合面螺栓使用高强度8.8级，M20螺栓4颗。实际安装时使用了4.8级、M12螺栓4颗螺栓无法满足设计要求强度；也是导致法兰护罩损毁原因。

5、处理方法

5.1.经过讨论制订检修方案，考虑检修时间长会造成冬季渠道流水量小渠道水面结冰的危害，如果拆除发电机设备吊出转子来完成检修任务需要25天，为了减少机组拆解任务、又能安全可靠的恢复检修后机组安全运行，制订发电机设备不拆卸，只针对水轮机顶盖上附属设备拆解，将顶盖吊起足够检修空间后更换法兰护罩只需要15天大大缩短了检修工期；

5.2.顶盖加控制环总重量7T，为保证检修任务中安全施工，使用安全系数大的4台5T吊葫芦挂在下机架对称4个方位将顶盖吊吊起1.2米便于检修。为防止导链长时间吊重物产生疲劳断裂，保障安全措施将使用3根Φ60mm长1.2m的钢管垂直支撑在顶盖下方，预防导链疲劳断裂造成顶盖下滑防坠落措施。

5.3.顶盖挡污上由于机组在转动中法兰护罩高温板融化后的凝固形成的高点，打磨处理。

如下图六：顶盖挡污环；

5.4.水轮机轴法兰外圆一圈水平方向磨损15-18mm，垂直方向磨损80-90mm，上有卷边。法兰直径变小，正常安装法兰护罩无法满足强度

如下图七：法兰磨损部分加固前

6、法兰护罩安装方案；

6.1、预装法兰护罩，使用深度尺测量测量护罩与轴之间4个方位的中心距离，定位护罩中心确保与转轮同心度。

6.2、使用框式水平仪检查转轮主轴与护罩立面四个方位的垂直度；

6.3、确定护罩中心水平高程后，在法兰外外径与法兰护罩内径之间，加焊14mm圆钢进行焊接，保证护罩的整体强度。

7、具体焊接工艺如下；

7.1、使用507材質焊条3.2mm，通过烘箱加热；

7.2、护罩与法兰之间间隙5-8mm，使用14mm圆钢焊接在法兰立面整圈焊接，然后吊起护罩，将14mm圆钢内径焊接，保证圆钢焊接强度，焊接过程保证母材温度不宜过高防止变形。

7.3、将法兰护罩立面与14mm圆钢焊接处打磨平整，防止法兰护罩与空气围带盒间隙产生高点造成间隙过小产生的二次危害。

7.4将法兰护罩落下调整中心、水平保证在0.50mm以内，确保机组转动时法兰护罩摆度小。

7.5、紧固法兰护罩上的12颗平头螺栓，螺帽点焊，

7.6、将护罩立面与14mm圆钢对称分段焊接，增强法兰护罩旋转时的整体强度。

如下图八：法兰护罩焊接加固

7.7、复查法兰护罩与主轴轴领中心不得超过0.50mm。

7.8、使用深度尺检查法兰护罩与轴领直径的距离，测得数据如下，同心度对称点未超过0.30mm满足要求；

7.9回装空气围带盒、空气围带、工作密封、转动油盆、水导瓦座、水导瓦等设备按厂家设计要求进行回装，保证安全运行；

运行前后水导瓦温、摆度数据如下表；

检修后水导瓦温、摆度符合设计要求；

8、转轮连接螺栓法兰护罩损毁原因分析如下：

渠道引水式机组前池由于未能按时排沙造成前池堆积大量泥沙对机组转动部分磨损较大；

法兰护罩螺栓安装中未按设计要求使用高强度螺栓是造成这次法兰护罩损毁的主要原因。

9、结束语

以上内容分析电站运行初期水轮机转轮在运行过程中存在的问题，并提出了解决方法，通过长期运行观察目前水轮机在运行过程中能保证安全、可靠、稳定运行，同时缩短了检修工期，保障了经济效益。通过以上问题反映出渠道排水过程中对发电机组的危害，同时也反映了泥沙对机组安全运行产生的重大影响。

参考文献：

[1]朱淑萍主编《机械加工工艺及装备》北京：机械工业出版社，2002

[2]杨可贞主编《机械设计基础》北京：高等教育出版社，2005

[3]吴宗泽主编《机械设计课程设计手册》[M]北京：高等教育出版社，2006

[4]陆昌辉主编《VRML入门与提高》[M]北京：北京大学出版社，2002

作者简介：缪新建（1983-） 男，江苏人，水轮机检修班班长，工程师。研究方向：水轮机、调速器安装、检修维护。