平班水電站水輪機轉輪葉片漏油分析與處理

吳良有，郭 磊

（1.廣西平班水電開發有限公司，廣西 南寧 533402；2.南昌工程學院 機械與動力工程系，江西 南昌 330099）

1 概況

平班水電站位于廣西壯族自治區與貴州省界河一南盤江上，是紅水河綜合利用規劃的第三個梯級電站。電站安裝3臺單機容量為135 MW的水輪發電機組，總裝機容量405 MW。水輪機部分由上海福伊特西門子水電設備有限公司制造，型號為：ZZS-LH-722。2004年12月4日，電站第一臺機組正式投入商業運營，2號機組于2005年4月投運。

2005年8月30日，電廠發現3#機轉輪的3號和4號槳葉密封漏油。經檢查發現1#槳葉第一層密封內側大部分被損壞，左下部密封擋環內側被刮傷，長度約150 mm，寬約0.5 mm，上部偏左密封擋環與槳葉軸嚴重磨損，長約50 mm，寬約0.5 mm；2#槳葉第一層密封內側整圈被夾斷一條，左側密封擋環的內側與槳葉軸摩擦，密封擋環被刮傷，長約70mm，下部密封擋環內側被磨損刮傷，長約60 mm，寬約為1 mm；3＃槳葉最內層密封右上角位置被卡在密封擋環間隙內，其他密封被擠壓損壞，左下角處槳葉密封擋環產生摩擦有局部咬死，密封擋環與槳葉同步轉動，密封擋環與槳葉軸之間夾著鐵屑和橡膠末；4＃槳葉第四層（從里往外數）和第三層密封在出水邊一側有嚴重的鼓包現象，第一層密封條內邊整圈被磨掉5 mm一條，第二層密封條也有部分損壞，左邊位置槳葉軸與密封擋環產生摩擦有局部咬死，密封擋環與槳葉軸之間夾著鐵屑和橡膠末。5#槳葉第四層（從內往外數）密封被夾斷一條，長約130 mm，寬5 mm，第三層密封部分被損壞，第一層密封折疊與第二層密封粘在一起，密封內側被損壞。密封擋環與槳葉軸一圈有輕度摩擦。1#、2#、5#槳葉的密封擋環同槳葉軸一同轉動，表明密封擋環的定位銷已斷，轉輪吊出機坑，解體后發現葉片樞軸，轉輪體磨損嚴重。大小銅套有刮痕，無磨損。

2 漏油成因分析

2.1 尺寸檢查

檢查1、2、3號機槳葉密封處零部件的尺寸，比較3臺機的加工尺寸，3臺機的轉輪體和葉片都采用高精度的數控機床加工，用相同的數控機床和數控程序加工，加工后的尺寸3臺機都在設計范圍內，并且優于設計要求。最大可能的葉片相對于轉輪體下沉量3臺機都很接近。

2005年12月在工地測量了葉片樞軸到轉輪體的距離B，見圖1。

結果表明偏心量比較大。為調查分析產生偏心的原因，轉輪體運到生產廠家車間后，上數控鏜床測量各孔的同軸度，葉片上數控立車測量各軸檔的同軸度。結果表明尺寸均和VSS提供的報告一致。葉片各軸檔的同軸度都在0.02 mm的范圍內，轉輪體密封檔與大銅套中心在+45°方位偏約0.3 mm，它和工地的測量結果基本吻合。

圖1 葉片樞軸到轉輪體距離

2.2 密封結構分析

根據密封的原理，密封的間隙需要合適，如果內圓用大的間隙，可能會產生支持環和樞軸不同心和間隙不均勻，V型密封圈可能會單面受壓，另一面松弛，造成漏油。根據福伊特西門子公司多年的經驗，支持環外圓的間隙稍微大，內圓采用小間隙，最優的間隙為0.15mm。

由于支持環比較單薄，控制此環在任何一點處的直徑都必須大于1150 mm，因為樞軸是負公差，保證支持環能自由地在樞軸移動。所以平班3號機轉輪在車間安裝試驗后又拆下葉片和支持環，在支持環上沒有發現任何擦傷的痕跡。因為外圓的間隙較大，此環可以隨著樞軸一起浮動而不會碰到轉輪體。這樣彈簧銷不會在運行時被剪斷。1#機已安全運行一年，2#機已安全運行半年，證明了此銷不會在運行時被剪斷。平班3#機5個葉片都漏油的主要原因是轉輪體偏心、V型圈卡入支持環和彈簧銷剪斷，支持環隨樞軸轉動，帶動V型圈，密封圈松弛，造成漏油。葉片的受力方向是在不停地變化，正常出力時，水推力的方向是朝下并偏轉動方向一個角度，在過渡工況時水推力方向是朝上的。因此設計時需考慮此環能浮動。

2.3 原因分析

經過對以上專家組、業主、廠家和安裝公司共同測量的結果和在生產廠家車間的實測結果分析，認為造成此次漏油的原因有以下幾點：

（1）車間加工第3套轉輪體，冷套大小銅套后，加工銅套前需設置0位，由于對刀失誤與原底孔中心偏移了約0.3 mm，致使5個大小銅套中心與原來的底孔加工中心偏了約0.3mm。

（2）工地安裝順序不當：安裝說明書要求先把緊葉片的超級螺母，后裝密封和壓蓋。工地安裝時先裝密封和壓蓋，后把緊葉片的超級螺母，致使密封圈卡入卡環內。

（3）意外的過速試驗：2005年8月17日機組過速試驗時，導葉和葉片打開后，中間沒有平穩運行過程，馬上關葉片和導葉，使得轉速上升超過了保證值，葉片的水推力在瞬間由向下最大變為向上最大，可能使槳葉密封雪上加霜。

3 漏油事故處理

3.1 處理方案制定

根據現場事故情況，討論漏油處理方案，決定采取先補焊修復，補焊修復的施工工藝由生產廠家提供，焊接合格后進行重新裝配。處理前對漏油情況詳細記錄，要求有詳細的數據及清晰的照片，便于技術分析及存檔。

3.2 處理方法

（1）葉片：用E309L焊絲亞弧焊修復樞軸，上數控立車車補焊區域。為消除焊接咬邊，密封檔直徑Φ1050 h8（0，-0.165）公差放大至Φ1050（0，-0.2）。局部咬邊區域拋光處理。

（2）轉輪體：用E309L焊絲修復轉輪體磨損區域和外球面氣蝕區域。為消除偏心，在45度（測點2）附近120度的范圍內堆焊E309L，為減少焊接變形，只堆密封區域附近，靠近大銅套端區域不堆焊，直徑車大至Φ1202 mm，如圖2。為消除焊接咬邊，密封檔直徑1200 9H9（+0.26，0）公差放大至1200（+0.3，0）。外球面氣蝕堆焊區域上數控立車與原加工球面接平。

圖2 轉輪體的修復

（3）精加工后在車間對轉輪重新裝配試驗，試驗合格后解體運抵工地裝配。

（4）VSS將細化葉片密封安裝步驟，在工地嚴格按安裝說明書安裝并按國家標準要求進行試驗。

4 結語

通過上述方法對漏油現象進行處理，3號機已安全運行1000多天，漏油現象得到了有效控制。鑒于軸流轉槳式水輪發電機組在運行過程中轉輪葉片時有漏油現象發生，漏油產生的原因各有不同，處理方法也各異。本文介紹的方法為分析故障形成原因及制定處理該類事故方案提供了一定的參考。