水輪機(jī)組推力瓦燒瓦原因分析與處理

周景藝

(國(guó)家能源集團(tuán)貴州電力有限公司紅楓水力發(fā)電廠,貴州貴陽551400)

摘要:某水電站1#發(fā)電機(jī)組于1994年進(jìn)行增容改造,從單機(jī)15Mw提高到18Mw。增容改造以來,推力瓦瓦溫一直存在偏高的缺陷,且經(jīng)多次大中小修均未能解決此問題?，F(xiàn)嘗試分析該電站1#機(jī)A修在開機(jī)空轉(zhuǎn)試運(yùn)行過程中多次推力瓦燒瓦的原因,并通過消除鏡板變形量和更換金屬?gòu)椥运芰贤?最終解決了推力瓦燒瓦及瓦溫過高的缺陷。

o引言

某水電站1#水輪發(fā)電機(jī)組自增容改造后,開機(jī)運(yùn)行時(shí)推力瓦瓦溫長(zhǎng)期處于偏高狀態(tài),滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)推力瓦溫度會(huì)上升至65℃以上,且呈繼續(xù)上升趨勢(shì)。為此,該機(jī)限負(fù)荷在15~16Mw運(yùn)行,基本上限負(fù)荷運(yùn)行1~2h,8塊推力瓦瓦溫就能達(dá)到60℃左右,上、下導(dǎo)軸瓦溫度正常。針對(duì)此現(xiàn)象,多次對(duì)此臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了大中小修,但均未能解決問題。機(jī)組不能安全可靠運(yùn)行,直接影響其經(jīng)濟(jì)性和發(fā)電效率。

1事件背景

某水電站1#機(jī)組于2020年2月進(jìn)行A級(jí)檢修工作,此次A修的重點(diǎn)是解決增容改造以來推力瓦瓦溫過高的缺陷。此次A修開始至開機(jī)甩負(fù)荷成功,經(jīng)歷了3次開機(jī)推力瓦燒瓦事故。3次開機(jī)燒瓦經(jīng)過大致如下:

(1)此次大修按原計(jì)劃更換了推力瓦及推力瓦架(拆除的舊推力瓦中多塊瓦脫胎嚴(yán)重),機(jī)組A修整機(jī)檢查中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪存在下沉現(xiàn)象(上冠下沉7mm,下環(huán)下沉9mm),分析可能存在轉(zhuǎn)輪軸向水推力過高的因素。為改善這一現(xiàn)象,將發(fā)電機(jī)鏡板標(biāo)高從修前的516mm提至513mm。至4月9日大修完成后,開機(jī)空轉(zhuǎn)10min后推力瓦瓦溫過高停機(jī)。

(2)第一次燒瓦后,經(jīng)再次拆機(jī)發(fā)現(xiàn)多塊推力瓦托盤底部抗重塊出現(xiàn)裂紋,周邊伴有許多金屬摩擦后產(chǎn)生的金屬顆粒,用手搖動(dòng)推力瓦托盤卡澀嚴(yán)重。后更換了新推力瓦和推力瓦托盤,并重新調(diào)整了受力。至4月21日,開機(jī)空轉(zhuǎn)5min后推力瓦瓦溫過高停機(jī)。

(3)經(jīng)前兩次燒瓦現(xiàn)場(chǎng)分析決定,為盡量保證機(jī)組達(dá)到拆機(jī)前標(biāo)準(zhǔn),采取如下相應(yīng)措施:更換上推力瓦架,更換新推力瓦,機(jī)組標(biāo)高恢復(fù)至拆機(jī)前標(biāo)高,并重新盤車調(diào)整受力。至5月16日,開機(jī)空轉(zhuǎn)5min后推力瓦瓦溫再次過高停機(jī)。

至此,3次開機(jī)試運(yùn)行均宣告失敗。3次開機(jī)瓦溫如表1所示。

2主要數(shù)據(jù)分析與判斷

2.1大修前數(shù)據(jù)分析1#機(jī)在大修前運(yùn)行,因推力瓦溫度偏高(約61℃),

運(yùn)行負(fù)荷受限在16Mw,不能實(shí)現(xiàn)18Mw滿負(fù)荷運(yùn)行。1#機(jī)A修前帶負(fù)荷16Mw時(shí)的數(shù)據(jù)如表2所示。

查看數(shù)據(jù)可知,1#機(jī)組在負(fù)荷為16Mw時(shí)的頂蓋水壓為0.23MPa,而該電站相同型號(hào)2#、3#機(jī)組在18Mw時(shí)的頂蓋水壓均在0.15~0.17MPa。再根據(jù)拆機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)多塊推力瓦存在脫胎嚴(yán)重的情況來看,是過高的頂蓋水壓造成了推力負(fù)荷過大,且巴氏合金推力瓦承載能力有限,以至于發(fā)生脫胎的現(xiàn)象。

2.2推力瓦托盤卡澀現(xiàn)象對(duì)燒瓦的影響分析

第一次燒瓦后發(fā)現(xiàn)推力瓦托盤中心抗重塊出現(xiàn)裂紋,且推力瓦托盤不能自如活動(dòng),卡澀現(xiàn)象嚴(yán)重,托盤傾斜后均不能自動(dòng)回位,實(shí)測(cè)托盤底孔與球頭間隙均更換推力瓦托盤并加工處理后,每塊托盤活動(dòng)自如,再無卡澀現(xiàn)象,然而開機(jī)仍然燒瓦。由此判定推力瓦托盤卡澀并不是燒瓦的主要原因。

2.3機(jī)組恢復(fù)至拆機(jī)前標(biāo)準(zhǔn)并重新盤車調(diào)整受力后判斷燒瓦原因

(1)此次盤車所采用的盤車數(shù)據(jù)如表4所示。

從盤車數(shù)據(jù)來看,出現(xiàn)X、Y兩個(gè)方向數(shù)據(jù)不一致的情況,數(shù)據(jù)無規(guī)律,同測(cè)點(diǎn)全擺度數(shù)據(jù)一正一負(fù)且相差甚大。

(2)從燒瓦的實(shí)際情況來看,三次所燒的推力瓦都具有相似性,每塊推力瓦所燒區(qū)域都處于推力瓦靠外圓側(cè)的1/2處。由于此臺(tái)機(jī)組存在一定的特殊性,所以此前每塊推力瓦的加工都嚴(yán)格按照如下工序進(jìn)行:平板找平二研刮二研刮后再找平二破點(diǎn),從而絕對(duì)保證推力瓦的平面度和推力瓦研刮的工藝要求。推力瓦燒瓦情況如圖1所示。

(3)根據(jù)以上兩種現(xiàn)象,總結(jié)分析出可能造成這一切的原因有:1)上機(jī)架承受轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量后存在傾斜量:2)推力瓦受力不可靠:3)鏡板有變形。

(4)針對(duì)以上3種判斷,采取相應(yīng)措施,測(cè)量出以下數(shù)據(jù),如表5和表6所示。

數(shù)據(jù)結(jié)論:與同類型機(jī)組所測(cè)得的數(shù)據(jù)對(duì)比,符合要求,上機(jī)架受重后不存在傾斜量。時(shí),X、Y方向讀數(shù)的矢量和與其平均值之差小于10%,受力調(diào)整符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.4綜合結(jié)論

經(jīng)測(cè)量,排除上機(jī)架承重后存在變形量及受力不可靠等因素,從而判定鏡板存在變形的可能性較大。

3缺陷原因分析

3.1鏡板因素

(1)將鏡板送至專業(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行平整度檢測(cè),檢測(cè)結(jié)果如圖2所示。

圖2檢測(cè)后得出鏡板變形情況

檢測(cè)結(jié)論:鏡板變形后基本呈拱形,變形量最大約0.27mm,硬度檢測(cè)合格。

(2)檢測(cè)結(jié)果分析:鏡板變形導(dǎo)致調(diào)整受力情況存在一定的虛假性,以致盤車時(shí)推力瓦受力狀態(tài)不穩(wěn)定,盤車數(shù)據(jù)存在無規(guī)律性,再結(jié)合燒瓦的實(shí)際情況來看,分析出現(xiàn)了如圖3所示的情形。

圖3鏡板與推力瓦受力情況

(3)結(jié)論及導(dǎo)致鏡板變形的主要原因分析:鏡板與推力瓦面存在局部受力過大的情況。推力瓦與鏡板接觸面受力面積越小,推力瓦單位面積內(nèi)受力就越大,導(dǎo)致推力瓦所承受的軸向力不能均勻地分散至整個(gè)瓦面,從而在機(jī)組開機(jī)試運(yùn)行中,推力瓦與鏡板的接觸面在高承載壓力的狀態(tài)下受力逐漸擴(kuò)大,最終導(dǎo)致燒瓦。

據(jù)此前得出的結(jié)論,由于該機(jī)組較同類型的其他機(jī)組,所承受的軸向水推力更大,鏡板與推力瓦之間長(zhǎng)期處于一種高承載壓力狀態(tài)下,再加上此次3修過程中,鏡板拆除后處于無受力狀態(tài)下放置時(shí)間較長(zhǎng)(1個(gè)月左右),鏡板之前在高承載壓力狀態(tài)下所吸收的應(yīng)力得到釋放,從而導(dǎo)致鏡板變形。

3.2推力瓦因素

現(xiàn)使用的巴氏合金金屬推力瓦存在承載能力差、合金熔點(diǎn)低等缺點(diǎn),自1#機(jī)增容改造后,推力瓦設(shè)計(jì)的單位承載能力已無法滿足機(jī)組在額定水頭下推力瓦的單位最大負(fù)荷,所以出現(xiàn)了拆機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)推力瓦瓦坯脫落的情況。因此,運(yùn)行機(jī)組存在推力瓦瓦溫長(zhǎng)期偏高的缺陷,使得1#機(jī)組不得不限負(fù)荷運(yùn)行。

3.3最終結(jié)論

綜合鏡板與推力瓦的兩大因素考慮,最終得出推力瓦燒瓦結(jié)論,如圖4所示。

4處理措施

(1)鏡板送檢加工,恢復(fù)鏡板表面的光潔度、平面度、平行度,使鏡板上、下兩平面的平行度≤0.04mm,鏡面平面度≤0.01mm,粗糙度Ra0.2,滿足水輪發(fā)電機(jī)鏡板工藝要求。

(2)更換鏡板與推力頭之間的絕緣墊,因檢修次數(shù)過多,絕緣墊厚度不能滿足要求,且由于盤車數(shù)據(jù)的誤導(dǎo),砂墊情況不可靠,從而造成臺(tái)階與坡度不均勻,所以決定更換新絕緣墊。

(3)將1#機(jī)原巴氏合金推力瓦更換為耐承受壓力更大的金屬?gòu)椥运芰贤?。金屬?gòu)椥运芰贤咂骄ぷ鲏毫?.5~7.0MPa,比傳統(tǒng)巴氏合金提高了60%~70%,摩擦系數(shù)小,且各方面綜合性能均強(qiáng)于巴氏合金。一般更換塑料瓦后,可將瓦面積減少8%~20%,實(shí)踐表明,由于面積減小,在單位面積發(fā)熱量不變的條件下,總體發(fā)熱量降低,再加上塑料的導(dǎo)熱性差,導(dǎo)熱系數(shù)比巴氏合金低很多,金屬?gòu)椥运芰贤哌\(yùn)行安全可靠,在國(guó)內(nèi)水電站中得到了廣泛應(yīng)用。

(4)重新盤車調(diào)整受力。

5采取措施后的主要數(shù)據(jù)及總結(jié)

鏡板加工及更換推力瓦后的盤車數(shù)據(jù)如表7所示。

數(shù)據(jù)結(jié)論:盤車數(shù)據(jù)可靠,消除了之前鏡板原因造成的X、y方向數(shù)據(jù)不統(tǒng)一的缺陷。

總結(jié):采取措施后,1#機(jī)經(jīng)空轉(zhuǎn)、帶負(fù)荷、甩負(fù)荷等一系列試驗(yàn),推力瓦溫度穩(wěn)定且均勻,滿負(fù)荷72h運(yùn)行,推力瓦溫度最高僅為32.8℃,各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)正常,推力瓦燒瓦及瓦溫過高的問題得以成功解決。開機(jī)推力瓦瓦溫如表8所示。

6結(jié)語

在此次事件的處理中,成功消除了鏡板由于應(yīng)力釋放引起的變形量,并將機(jī)組推力瓦換成塑料瓦,克服了鏡板變形導(dǎo)致的推力瓦面局部受力過大的情況,解決了推力瓦最大承載負(fù)荷過小的問題。該水電站1#機(jī)組自2020年2月A修竣工以來,運(yùn)行至今各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)正常,機(jī)組發(fā)電效率提高,為該站今后的安全生產(chǎn)做出了重大貢獻(xiàn)。