谈潘家口水电厂1号机转轮引水板改造

李建民，胡松林

（水利部海委引滦工程管理局，河北 唐山 064309）

1 改造前的概况

潘家口水电厂1号机于1981年4月首次投入运行以来，分别在1987年6月和1989年10月两次发生引水板开裂事故，导致停机抢修。1991年1号机扩大性大修时对转轮引水板进行了加固处理，在引水板和转轮上冠间对称焊接了八个外径为Φ289 mm的钢管，补焊了两块尺寸分别为1 250×80 mm、1 100×80 mm，厚20 mm的16 Mn钢板，并对引水板裂纹进行了补焊处理。2000年12月1号机小修检查过程中，检查转轮引水板发现在顶盖+X、-Y方向原调相补气管口处有一条长170 mm的裂缝，并对出现开裂地方进行了维修。

2 引水板损坏原因分析

2.1 引水板结构不合理

潘家口水电厂1号机为混流式机组，水轮机型号为HL-LJ-550，引水板是水轮机转轮的重要组件之一，也叫减压板，位于转轮上冠，主要作用是将上迷宫的漏水经引水板导流至转轮泄水孔排出，能够减轻转轮的轴向水推力。引水板外径为Φ5 020 mm、内径Φ2 130 mm、面积16.22 m2，由于引水板安装后对其上表面进行了加工，导致厚度不均匀，在22～36 mm之间。机组运行时引水板会产生振动，而强度不够的引水板由于金属疲劳极易开裂[1]。

2.2 机组运行工况不良

1号机运行水头变化大，最高曾在85 m水头下运行，最低曾在36 m水头下运行，再加上运行时间长，造成机组运行工况不良。机组在不良工况和低负荷运行时，转轮出口的水流是不对称的，会形成偏心的旋转涡带。该涡带以一定频率在尾水管中作螺旋状旋转运动，从而在尾水管内形成了周期性的压力脉动。该压力脉动同样会造成引水板的疲劳损坏，引水板在机组振动和压力脉动的双重作用下，加速了引水板的开裂，而引水板开裂会造成机组更大的振动和摆度，造成恶性循环。

3 调研情况

为了确保1号机安全运行，彻底消除这一影响机组安全运行的隐患，结合2008年的机组扩修情况，拟对转轮引水板进行彻底更新改造。通过调研和实地考察，借鉴兄弟单位处理引水板开裂的先进经验，用砼填充的方法可以成功地解决这一难题。

具体调研情况如下：

青海龙羊峡水电厂：3、4号机组运行过程中发生引水板开裂。为了不影响发电转轮没有吊出机坑，将原引水板全部割除现场浇铸钢筋混凝土，改造后转轮没有作静平衡试验，现在使用情况良好。

陕西安康水电厂：1999年3号机组、2000年4号机组将原引水板全部割除，机组未吊出机坑，现场在转轮上冠内浇铸钢筋混凝土。引水板改造后转轮均未做静平衡试验，现在使用情况良好。

四川东方电机厂：走访东方电机厂了解到，从龙羊峡水电厂、安康水电厂改造情况看，转轮上冠内浇筑混凝土的方案是可行的，改造后转轮需要注意平衡问题，一般要求作静平衡试验。

4 改造

为了解决转轮引水板开裂的隐患，且不影响1号机正常放水发电，选择在1号机扩大性大修期间施工。

4.1 混凝土材料与标号的选择

采用补偿收缩砼可降低混凝土材料的剪切应力，将水泥用量控制在不低于300 kg/m3，膨胀剂采用的QK-UEA低碱膨胀剂，使用数量在5 %左右。混凝土配比情况如表1所示。

表1 混凝土配比情况

考虑到转轮法兰面距顶面只有40 mm，故用40 mm厚钢板焊接。

4.2 钢筋的选择与布置

选择唐钢产品，保证产品性能。钢筋锚固长度为70 mm且与转轮焊接。径向布置Φ10 mm钢筋，平面间距靠大轴处大约150 mm；轴向间距150 mm（完整钢筋网分两层），不完整钢筋网分2层。轴向布置Φ10 mm钢筋，间距靠大轴处150 mm，钢筋在转轮上焊接锚固70 mm，混凝土顶面下50 mm做90度弯勾，弯勾长70 mm。钢筋平面布置情况如图1所示。

图1 钢筋平面布置图

4.3 施工步骤及要求

采用气割方法将水电厂1号机转轮加强板、引水板切割，仅留下8个加强管、10个排水管，要确保原钢管顶面完整，将用于浇筑混凝土的高程控制点。没有引水板的转轮受力效果不佳，引水板气割口可用焊条将其焊平，同时要将转轮机内被腐蚀的地方进行清理[2]。

为了使水电厂1号机转轮能够处于一个平衡状态，在配重块的对称位置留出配重空腔，以减小混凝土对1号机转轮平衡的影响。

5 改造后的效果

潘家口水电厂1号机转轮引水板改造以后，经过甩负荷运行、72 h试运行试验，机组运行平稳，各部位振动、摆度均处于正常范围内，改造前后振动、摆度详情况如表2所示。

通过数据分析比较可知，此次转轮引水板改造后下机架垂直振动、下导、水导摆度都比改造前小，说明机组运行的平稳性更好，并且机组自2009年3月投入正式投入运行至今，没有出现浇筑的混凝土掉渣、脱落等情况，证明改造获得成功。

表2 1号机转轮引水板改造前后稳定性数据比较

6 结语

水力机组的运行与机组各部分的振动和摆度具有相关性，要想保证机组运行的稳定性，需要尽量减弱由于机组振动和水压脉动带来的不良影响。这次引水板改造不管是从水泥、钢筋等材料的选择以及混凝土标号的确定，还是转轮混凝土浇筑的工艺、质量都尽量做到精益求精。经过10年的运行，证明这次改造是相当成功的，有效避免了1号机转轮引水板开裂而造成事故停机的隐患。