國網陜西安康水力發電廠3號機組水輪機改造

劉智,楊兵

(中國水利水電第三工程局有限公司,陜西 西安 710032)

國網陜西安康水力發電廠3號機組水輪機改造

劉智,楊兵

(中國水利水電第三工程局有限公司,陜西 西安 710032)

安康電廠水輪發電機進過長期運行后,轉輪下環,尾水管上方的基礎環氣蝕嚴重,尾水錐管混泥土有掏空情況,機組運行擺渡較大,導葉立面間隙增大導致漏水量較大等問題,需要對機組進行檢修改造.

修復;安裝;改造;施工

1 安康電廠簡介

安康電廠位于陜西省安康市于1978年開工興建,1992年全部建成投產.安裝有4臺200MW的水輪發電機組,總裝機容量800MW,承擔著陜西電網調峰、調頻任務.水輪機組由東方電機廠設計制造,型號為HL220-LJ-550,額定出力204MW,最大水頭88m,額定水頭76.2m,最小水頭57m,額定流量304m3/s,額定轉速107.1r/min,轉輪直徑5.5m,單臺水輪機總重約300t.

2 水輪機改造背景

《國網安質部關于開展安康水電廠安全性評價專家查評工作的通知》第五條主要問題及整改建議:開展機組的A級檢修,對轉輪下環,尾水管上方的基礎環的氣蝕及尾水錐管混泥土掏空情況做全面的檢查、處理.

改造前水輪機運行存在以下問題.

(1)水導軸承擺度增大,機組運行瓦溫較高接近報警值.

(2)水輪機轉輪泄水錐焊縫開裂.

(3)水輪機轉輪葉片下部氣蝕嚴重.

(4)導葉立面間隙增大,導葉漏水量較大.

(5)導葉套筒密封漏水嚴重.

(6)尾水錐管氣蝕、裂紋嚴重.

(7)電站1~4機組中3號機組運行工況最差,振動噪聲大,本次改造3號機組.

3 工程合同施工范圍

以水輪機與發電機聯軸法蘭為分界,拆除原有水輪機成套設備,包括轉動部分和固定部分(與蝸殼焊接的水輪機座環和固定導葉除外),安裝新水輪機成套設備.

(1)拆除原水輪機組成套設備及相關閥門.

(2)尾水管錐管部分更換,割除尾水錐管上管口以下高度1.4米鋼襯,開挖并回填直徑方向深度500mm,軸線方向高度不小于1.4米的混凝土,安裝焊接新尾水錐管鋼襯并回填.

(3)安裝新換水輪機成套設備及其附件,水輪機轉輪與水輪機軸分解并吊運至廠區指定位置.

(4)完成水輪機更換后的整體軸線調整.

(5)機組啟動調試的相關實驗.轉輪動平衡實驗、機組穩定性實驗、機組效率實驗、甩負荷及接力器不動作實驗、過速實驗、漏水量實驗、調速器參數設定.

4 主要施工技術

4.1 機組中心測定

在機組安裝時拆除的舊設備全部替換為新設備,機組安裝首先要確定機組的中心,機組中心測定方法為以原下止漏環中心確定,具體步驟如下.

(1)將已經拆除的下止漏環按照原位置回裝,打入定位銷,確保安裝確定.

(2)在發電機定子上部掛鋼琴線,鋼琴線重錘放置在尾水錐管檢修平臺上,以滿足中心測定完畢后,可以測定發電機定子圓度及中心.

(3)以下止漏環為中心調整鋼琴線的中心,選擇止漏環一圓周表面較光滑平整的區域,用砂紙打磨除去表面銹跡,等分對稱16個點,用內徑千分尺測定對稱點距離鋼琴線距離,中心偏差≤0.05mm.

(4)鋼琴線中心測定后,將座環上法蘭鏜口表面除銹,用砂紙打磨光滑,并等分8點,用同樣方式測量鋼琴線距座環上法蘭鏜口8個點的距離,保存此數據(也就是將止漏環中心返到座環上法蘭鏜口),在后續的機組安裝過程中,水輪機底環、頂蓋,基礎環均以此中心數據為基準調整其部件安裝的中心.

(5)將固定導葉下鏜口表面處理光潔,并分成8等分點,用同樣的方式測定8個點距離鋼琴線的距離,保存此數據,此中心數據作用同座環上法蘭鏜口的數據作用一樣,均是為水輪機安裝確定中心而用,此組數據作為備用,防止在施工過程中座環上法蘭面的數據或者標記點遭到破環.

4.2 尾水錐管更換

(1)搭設平臺.打開尾水進人門,在尾水錐管內搭設檢修平臺.檢修平臺分為兩層,下面一層用電廠成品尾水檢修平臺,先搭設兩根主梁,在主梁上面鋪設副梁,按照裝配順序鋪設地板.在四周用細鋼繩固定在副梁的吊點上,掛在錐管壁吊點上,以保證平臺平穩安全.上面一層用14號槽鋼焊接成框架結構,再在槽鋼上鋪滿木板,此平臺用于承重.

(2)尾水錐管割除.平臺搭設完畢檢驗收合格后,開始用碳弧氣刨將尾水錐管上半部分刨除(上管口住下1.4m),割除時要分多個小塊進行分解.水機轉輪和大軸吊出機坑前重量由基礎環和混凝土承重,由于工期緊,尾水錐管混凝土拆除時轉輪還未吊出,為確保安全,尾水錐管拆除時保留對稱4個區域暫時先不割除,作為支撐轉輪重量的支墩,只拆除間隔的4個區域的錐管和混凝土,待主軸轉輪吊出機坑后再割除.

(3)錐管外圍混凝土開挖.具體為:直徑方向深度500mm,軸線方向高度不小于1.4米的混凝土.混凝土拆除主要用風鎬釬配合無聲膨脹劑拆除,即先用風鎬將需要拆除部分圓周鑿出寬100左右的槽,深度400mm左右,再在要拆除區域內鉆孔深度400mm并灌入膨脹劑,待400mm深混凝土拆除完畢后,100mm深混凝土用風鎬手動拆除.露出鋼筋用火焰割除.混凝土拆除完成后所有鋼筋都留200~300mm長的鋼筋頭,便于后期鋼筋搭接焊.拆下的混凝土前期用推車通過尾水錐管進人孔通道從吊物孔吊出廠房,臨時在廠外堆放,最后將拆除的混凝土運至渣場.

(4)鋼筋布置.立筋和環筋鋼筋規格和布置方式按照原圖紙補充,規格φ25螺紋鋼,鋼筋間距200mm,插筋入孔深度200mm,外露200mm,插筋孔直徑40mm,用錨固劑錨固.

(5)尾水錐管安裝順序.先將8瓣錐管按現場底環和下段尾水錐管的實際位置進行拼裝,配割與下段尾水錐管組合縫,調整其圓度、高程、同心度以及與錐管下段的組合縫間隙、錯牙等滿足以下技術要求并加固牢靠:間隙小于4mm,內表面錯口不超過2mm.合格后,在內表面用調節板和點焊的方法將其與肘管固定牢靠.尾水錐管全部拼裝完畢后,拆下有進人孔的4瓣尾水錐管,在留下的4瓣錐管從兩側進入安裝錨鉤,錨鉤與錐管焊接后再和鋼筋焊接牢固,待所有錨鉤安裝完畢,再回裝4瓣有進人孔的錐管,通過進人門進入焊接錨鉤,最后安裝進人門并封焊.尾水錐管的拼裝焊接,焊接用廠家提供的焊材,嚴格按照焊接方案焊接順序進行焊接防止焊接變形和焊縫裂紋.

(6)澆筑.焊接完畢后經過超聲波探傷檢查合格后,進行澆筑,錐管預留澆筑孔直徑300mm,空洞小,內部鋼筋網較密,無法保證振搗密實.根據施工經驗,對于鋼筋密布,混凝土有效空間比較小,選擇C25二級配自密實混凝土,自密實混凝土具有流動性強、粒徑小、澆筑過程中無需振搗強等優點.

商混站用罐車將混凝土運輸至安裝間,用橋機吊運料斗的方式將混凝土吊運至檢修平臺上方,通過溜槽將混凝土引入料倉,澆筑完畢經過28天后,再進行錐管脫空檢查,灌漿密實.此次混凝土澆筑量為17m3.

(7)灌漿.檢查脫空的地方用磁力鉆在錐管鋼襯上打孔,每個脫空區域高、低各打一個空,打孔直徑20mm,采用1:1或0.5:1的漿液灌漿,灌漿壓力0.2~0.3MPa,從底部孔灌漿,直到上部的孔漿液溢出,每個脫空的區域以同樣的方式進行灌漿處理,本次尾水錐管灌漿脫空面積14.8m2;灌漿孔11個,注漿量32公斤,經現場聯合驗收合格,達到規范要求.灌漿結束后尾水錐管安裝澆筑全部完畢.

4.3 座環測量修磨

測定:頂蓋法蘭面加工需要現場實際測量,機組拆除工作完畢后,現場測量座環,測量結果如圖1所示.

圖1 座環結構示意圖

(1)E面 水 平Max-Min=1.03mm( 標 準≤0.30mm).

(2)C面水平Max-Min=0.82mm(標準≤0.30mm).

(3)D面水平Max-Min=1.00 mm(標準≤0.30mm).

(4)實測H=2550(-0.19~-0.34)mm.

(5)實測L=765(+0.04~-0.20)mm.

修磨過程:將E面向圓周方向劃分48等份區域,測量找出最低區域,以最低區域為基準,打磨高于基準區域的其它區域,打磨工具為磨光機、砂輪機,測量工具電子水準儀(精度0.01mm)、銦鋼尺、刀尺、平尺、框式水平儀,經過9次打磨,用時7天時間,將E面平均降低了0.9mm,E水平達到Max~Min≤0.20mm,通過驗收合格,同樣方式修磨C面,并控制H的高度,對D面密封槽除銹,D面的V型密封槽內手工修磨無法保證修磨后的密封效果,只能對V型密封槽高度整體降低,保證L的距離,經過7天時間D面、C面打磨合格.

4.4 機組盤車軸線調整

安康電廠3號機組轉動部件有上端軸、轉子軸、下端軸、水輪機軸4節軸,鏡板位于下端軸上法蘭底部,轉動部件承重于下機架中心體內的推力瓦上,上導瓦浸沒于上機架中心體油槽內箍于上端軸的軸領處,水導瓦位浸沒于水導油槽內箍與水機軸軸領處,機組沒有下導瓦.

盤車.機組盤車是將鋼絲繩固定在轉子支架上部的固定樁上,鋼絲繩通過導向滑輪,用起重機垂直起吊,驅動轉子轉動盤車,按俯視順時針方向將轉動部件各法蘭和軸領處統一方位分成8等分并順序編號1~8,并在每個法蘭和軸領處的+y和+x方向設置百分表,轉子在轉動過程中記錄各個點轉動到百分表時百分表的數值,用記錄數據繪制機組軸線的折線圖,計算大軸各部位擺度值,根據軸線折線圖判斷需要調整的位置和調整加墊數量.

加墊調整.根據盤車數據,發電機下端軸以下部分軸線基本豎直,下端軸以上部分發生反方向曲折,轉子和上端軸又是折線趨勢,結果分析認為首先需要在下端軸和轉子連接部位加墊調整,然后在上端軸法蘭連接處水平位移調整,首先在轉子與下端軸連接處6號點位置加入0.07mm銅皮(最大處),回裝后,再將上端軸從5號點向1號點位置水平移動0.06mm,再次盤車,盤車結果上導凈擺度0.04mm,水導凈擺度為0.08mm,遠遠小于檢修之前的擺度值,達到非常理想的效果,由于上端軸進行了水平移動,原有的定位銷孔已經錯位無法安裝,將原φ50mm定位銷孔鉆絞擴大至φ52mm,定位銷重新加工配銷安裝.

4.5 主軸密封處理

(1)出現問題.2017年5月26日,3號機組調試啟動時發現主軸密封工作密封的橡膠塊由于摩擦,產生大量的黑煙,并有燒焦的氣味.

(2)原因分析.停機后檢查故障,機組在啟動運行投入主軸密封水,密封水頂起橡膠密封后,由于橡膠密封塊與密封槽配合緊密,摩擦力大,沒有足夠的密封水流出密封塊上部水槽,沒有起到潤滑作用,致使密封塊與轉環干磨產生大量的煙并有異味.

(3)處理方法及效果.經施研究,確定處理方法為:一是對密封塊寬厚度整體打磨處理,使其厚度減小1mm,以減小密封塊與密封腔的摩擦;二是在密封塊外側面開8個30mmX15mm寬的泄水槽,使多余的密封水流出密封塊底部,可以減少密封塊底部壓力,向上的壓力;三是在密封塊中間增加上下貫穿的4個φ10mm通水孔,有足量的水流出密封上部潤滑密封塊與轉換.

(4)處理效果.經過處理,工作密封部件運轉達到預期理想效果,滿足機組運行的條件.

5 機組改造后運行情況

改造后的機組運行狀況良好,振動、噪音、瓦溫明顯減小,新機組運行72小時狀態如下.

(1)水導瓦溫.最大34度,最小29度(平均瓦溫較改造前降低10℃).

(2)頂蓋振動.水平振動11μm,垂直振動19μm.

(3)水導擺度.+Y102μm,+X110μm.

(4)上導擺度.+Y73μm,+X57μm.

(5)導葉漏水量由于電廠條件不具備測量條件,無法準確測量,導葉在安裝調整時導葉立面間隙和端面間隙測量均無間隙,漏水量大的情況得到改善.

6 結語

安康水電站3號機組水輪機改造工作于2016年11月4日開工,主要進行舊設備無損壞拆除、尾水錐管更換、新水輪機設備安裝調試等,2017年5月25日機組開機調試,經過靜態、動態、試運行、設備消缺后,于2017年5月30日投入運行,3號機組按期投產發電,改造后水輪機運行平穩,在提高機組穩定性和改善運行工況方面都取得了顯著成績,達到了預期目標.

TV738

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1671-0711(2017)11(上)-0070-03