灯泡贯流式水轮发电机组导叶联板脱落问题研究常大鹏

灯泡贯流式水轮发电机组导叶联板脱落问题研究常大鹏

常大鹏

(四川雅安龟都府电力有限责任公司四川雅安625000)

摘要：以四川雅安龟都府水电站为例，介绍灯泡贯流式机组导叶联板脱落经过及危害，通过原因分析，提出解决方案。

关键词：导叶联板控制环灯泡贯流式水轮发电机组

一、概述

四川雅安龟都府水电站安装三台由天津某公司生产的22MW灯泡贯流式水轮发电机组，型号GZ4B039-WP-480，卧轴布置，机组转动部分采用两支点双悬臂结构。导水机构为圆锥面，共有16只具有空间曲面的导叶，每只导叶与机组轴线成65°锥角，组成封闭的多棱锥面，16只导叶间隔布置，有8只导叶带摩擦装置和拉断销保护，并设有全开位置限位块。导叶立面为金属接触密封，断面采用较小间隙密封带以减少漏水量，控制环为两半单板结构，它与外配水环之间有φ40钢珠，干油润滑以减少摩擦，控制环上有一只大耳板垂直悬挂12吨重锤，可在机组正常停机时关闭导叶。基坑墙两侧设有两只φ240双作用接力器与控制环连接，操作导水机构运动。龟都府电站1#机组近年来频频发生导叶联板脱落事故，造成较为严重的后果。

1）考虑到卡环结构单薄，取消偏心销端部卡环，在偏心销端部钻孔用压盖4限位轴承内圈，压盖1把合在导叶联板上限位轴承外圈。

2）在其他8只不带摩擦装置和拉断销保护的导叶全开位置加装限位块。

2、新的发现

经过改造后，1号机组导叶联板脱落事故又多次发生，说明改造失败，原因未分析准确。2017年1号机组C级检修完毕，模拟开机时发现导叶仅能开到2%。通过查找发现控制环与外配水环顶部已无间隙（原设计单边间隙1mm），底部间隙3mm。拆除控制环发现外配水环、控制环、控制环压板组成的钢珠滑槽四个面均出现凹槽，槽内锈蚀严重，钢珠表面亦锈蚀严重，钢珠排列不整齐，下部钢珠滑槽宽度达60mm（设计钢珠直径40mm）。调整导叶间隙时导叶立面间隙发生毫米级突变，因本次检修拆除检查了全部导叶拐臂、套筒，因此怀疑导叶小轴轴套是否磨损严重，经检查发现导叶小轴轴套完全磨损为碎片。所以导叶立面检修无法固定，当导叶关闭受力时立面间隙变发生变化。

排列混乱的钢珠锈蚀、磨损严重的钢珠滑槽

3、原因再分析：

1号机组2007年投运，2013年首次出现导叶联板脱落事故，2、3号机组未发生过此类事故，经检查2、3号机组控制环润滑情况良好。因此认为1号机组导叶联板脱落屡次事故是个案，不是机构设计问题。主要原因为维护保养不到、大修缺项，造成控制环润滑脂流失，导叶套筒漏水加剧了控制环滑槽、钢制的锈蚀和磨损，最后出现控制环与外配水环不同心，甚至顶部与外配直接摩擦，控制环与外配水环之间由滚动摩擦变为滑动摩擦，操作力大大增加；另外因为控制环磨损下坠，与外配水环不同心，上下部导叶操作力矩不一致；再次因为滑槽的磨损，控制环运动时跳动量增大，控制环传递给导叶联板、拐臂的操作力不与导叶轴垂直，有向外的分力，正是因为此分力，导致偏心销上的卡环无法承受，变形脱槽，进而导叶联板脱落。

四、问题处理

拆除控制环返厂补焊、加工。控制环增加4个观观察窗口及盖板，便于观察与换取钢球。

考虑压环自身强度低，补焊变形大，修复成本高于新加工成本，决定重新制作一套压环，并将压环由两瓣改为四瓣，注油孔数量由8个增至16个。

现场对外配水环清理、补焊、打磨、探伤，用样板尺检查，达到修复标准。

五、改进措施的构思

导水机构控制机构设计的未考虑安全冗余度，当导水机构维护较好，控制环下沉较小时，机组能安全运行，但当控制环下沉较大时（贯流式机组均不同程度存在这一问题）易导至导叶联板脱落。贯流式机组导叶呈65度锥形布置，导叶之间的开口，由小变大，河流中的异物容易将导叶卡住，而导叶的剪断销为间隔布置，一旦导叶卡住加之控制环跳动大极易产生导叶联板脱落。

提高导水控制机构的安全冗余度主要有四条：（1）将间隔布置的剪断销改为所有联板均设置剪断销。(2）导叶上轴承处加装球轴承，使用导叶在转动时可有一定摆度，导叶能适应控制环转动时的跳动。（3）设置安全连杆，安全连杆有三种，弹簧式，液压式和可弯曲连杆，考虑空间尺寸限制只能选择液压式和可弯曲连杆，安全连杆在操作力大于设计值时屈服能有效防止联板脱落。（4）导叶下轴套应选用强度和耐磨性更好的铜基粉未自润滑轴承，钢套选用不锈钢材料，增加轴套的使用寿命。

六、结束语

通过对多次导叶联板脱落事故的观察、分析，最终找到事故的根本原因，按照上述方法进行处理，加强了日常对控制环润滑情况的检查，杜绝了事故的再次发生。我公司也正进一步论证改进措施希望能对存在同样问题的灯泡贯流式水轮发电机组的运维单位提供借鉴和参考。