淺談某水電站燈泡貫流機組水輪機轉輪技術改造

李嘉平

（廣東梅雁吉祥水電股份有限公司三龍水電站，廣東 梅州514000）

0 前言

水電是一種重要的綠色可持續利用資源[1]，世界各國把水能資源的綜合利用放在戰略性地位，據相關統計顯示，我國與美國、日本、加拿大等發達國家對水能的利用率還存在較大差距[2-4]，盡管我國水資源豐富，但在開發利用程度方面與西方發達國家相比還有一定差距，未來一段時間，在我國當前面臨的能源及環境污染等問題挑戰時期，可以預測水電將會得到快速發展[5-7]。水輪機是一種將水流能量轉換為旋轉機械能的水利設備，可分為反擊式及沖擊式2 種，反擊式水輪機可分為混流式、貫流式、軸流式及斜流式4 種[8]。貫流式水輪機水頭為3～20 m 的低水頭小型河床電站應用非常普遍[9]，具備總投資低、資源綜合利用高的優勢，在我國沿海地區，農業生產發達，用電需求量日益增大，能源緊缺的情況下需要開發利用低水頭水力資源以解決當地用電緊張的問題，燈泡貫流式水輪機得到廣泛 運用[10-11]。

單竹水電站現有4 臺韶關水輪發電機廠制造的8.5 MW 燈泡貫流式水輪發電機組，總裝機容量34 MW，設計水頭6.2 m，機組設計發電年平均利用3 992 h，年平均發電量13 574 萬kW·h。電站于2001 年8 月第1 臺機組投產發電、其他3 臺機組分別于2001 年10 月、2002 年3 月、2002 年5 月投產發電。

1 燈泡貫流機組水輪機轉輪改造技術方案 對比

因電站所用水輪機時間較長，鑒于當時供應商制造技術的限制及安裝經驗不足等原因，出現了轉輪體活塞竄油現象，以至油壓油泵控制設備啟動較頻繁，機組運行不穩定。本次我們對水輪機檢修中發現，轉輪體接力器缸體拉傷嚴重，拉傷總面積占缸體2/3，拉傷最深處約8 mm，轉輪活塞外徑拉傷同樣較嚴重，拉傷總面積占外徑2/3，拉傷最深處約6 mm，基于目前的狀況，不能按照以往對水輪機接力器進行簡單打磨、補焊，更換活塞等處理方式，需進行全面有效的技術改造，經結合電站的實際情況及相關技術人員的意見提出2 種技術改造方案。

1.1 原因分析

在進行技術改造前先對水輪機活塞及接力器缸體損傷事故進行總結分析，有利于做出針對性技術改造，通過分析得出以下原因：

（1）轉輪體接力器缸體結構問題，原結構鑄鋼與鑄鋼及鑄鐵的間隙配合，長時間的相互運動，容易出現局部拉傷，一但出現局部拉傷現象，再進行相互運動，就會出現缸體惡性循環。

（2）鑄件的局部缺現問題，同樣會造成上述結果。

（3）轉輪裝配的整體配合尺寸問題、潤滑油的清潔度等等都有可能造成上述結果。

結論：結合上述分析，要比較切底的改變現狀，首先要考慮結構的改造，目前水輪機槳葉操作使用的是活塞移動式結構，活塞可依靠連桿、耳柄及拐臂來控制槳葉的運動，與操作架具有相同功效，為避免活塞進行轉動，通過導向鍵來控制活塞，活塞與活塞桿之間采用卡環進行連接，活塞桿安裝于銅瓦之上，并作往返運動。活塞與其他部件間相對運動造成的磨損以及與各零件的裝配間隙等原因，造成活塞下沉，與支撐架磨損，甚至可能使活塞與接力器進行硬性干磨[12]。

1.2 技術改造方案

1.2.1 技術方案1

此技術改造整體方案：將轉輪裝配全部返廠，在廠里進行預裝并進行有關檢測，以保證改造質量。根據機組實際情況進行2 個方面的技術改造：第一，對活塞密封圈進行更換，采用標準孔用方形圈整體密封，該結構在行業內技術比較成熟，多個發電站使用后取得較好的效果，能有效解決漏油問題，同時不會對接力器表面形成磨損的情況，能有效延長缸體的使用周期。第二，采用導向銷結構，用導向銷替換原來導向鍵結構。具體改動零件如下：

（1）對導向鍵的螺栓孔、銷釘孔進行補焊操作，打磨轉輪體，缸體內壁重新精加工，確保缸體表面的光滑程度。

（2）對葉片開展相關檢測，與技術人員進行溝通并確定最終方案后再決定葉片線型是否進行數控加工。

（3）對葉片內外軸套進行更換，重新制作葉片VX 密封圈。

（4）對活塞進行重新加工，用鋼板結構替代鑄造結構。

（5）重新制做泄水錐及轉輪體蓋。

（6）導向鍵用3 個導向銷進行替換，并進行重新轉配。

（7）對轉輪進行重新裝配并開展相關試驗測試，主要包括靜平衡試驗、動作試驗及油壓試驗[13-14]。1.2.2 技術方案2

為了克服現有活塞結構的上述缺點，擬采用一種具有結構簡潔合理、動作靈活、不磨損缸體、不竄油，且方便操作、提高工效優點的帶導向軸的充壓活塞式結構。

所采用的技術方案是：設置整圈密封槽、整圈導向環及導向軸的充壓活塞式結構。活塞、接力器桿、操作油管依次進行連接，活塞與接力器間采用螺栓進行連接。來自受油器開、關油腔的壓力油通過接力器桿進入活塞缸（轉輪體腔）推動活塞運動，再通過耳柄、連桿、轉臂等操作葉片轉動。活塞與轉輪體蓋之間設置導向軸，導向軸有活塞導向及防止活塞轉動的作用，在活塞上設置一道整圈密封槽和二道整圈導向環以減少兩腔漏油和活塞運行[15]，具體改造方案如下：

（1）把整個轉輪可拆部件全部拆開，包括銅套，并清洗干凈。

（2）把轉輪缸體拉傷部分虛浮鋼屑刨掉，將拉傷溝槽深于1 mm 處全部進行補焊，并將轉輪體接力器缸上導向鍵的5-M16 及5-φ12 H7 的孔塞住，塞孔時用原來的M16 螺栓及把φ12 的銷鋸斷，表面要有4 mm 的焊縫（焊絲牌號：ER50-6）。

（3）補焊時應防止接力器缸變形，補焊后按圖紙精度要求進行加工（具體尺寸按實際情況決定，約φ1 215 mm）。

（4）按專用圖加工活塞。

（5）轉輪體蓋在原有毛坯基礎上按專用圖加工。

（6）返鏜3 個葉片孔的銅套及轉輪體與接力器桿的2 個銅套。（看情況定）

（7）轉輪體蓋按專用圖焊接2 個軸套座（要對正原來轉輪體蓋及轉輪體的銷釘位置，按活塞的導向軸的位置定位）。

（8）重新開料加工軸套座、法蘭、導向軸、封油筒、φ50 軸套各2 件。

（9）按專用圖增加導向環（KF25，25×2.5×2.7 m）2 件、活塞組合密封（MR1 210φ1 215×φ1 182×9.5）1 件。

2 2 種技術方案比較

通過我們技術人員對2 種技術改造的研究比較，再咨詢外部廠商相關技術難題后，決定采用方案2，主要原因有：

方案2 相對方案1 缺點：整體改造時間更長，技術操作相對復雜，對技術人員加工要求比較高。

方案2 相對方案1 優點：技術改造時間更短，更靈活，不需要把相關設備運回至廠商進行維修，可根據電站運行情況而選擇時間改造，總體技術成本更低。

采用方案2 效果：用一道整圈活塞密封、整圈導向環及導向軸，從而避免了接力器缸嚴重磨損、槳葉接力器嚴重竄油、活塞表面的碰撞擠損剝落及活塞環的卡死。提高了產品質量，使水輪發電機組良好運行。本結構簡潔合理，動作靈活，方便操作，提高工效。

3 結束語

在當前資源日趨緊張，生態環境壓力的情況下，大力發展水電行業是未來的趨勢。相關數據顯示，高水頭大型河床電站基本都有進行規模利用，而低水頭小型河床電站是未來發展的重點，燈泡貫流被式廣泛認為是其首選的一種水輪機，在其整個運行過程中，不可避免需要進行各種技術改造，本文的技術改造實踐目前在低水頭小型河床電站應用非常普遍，技術方案2 在我電廠成功改造運用，也為相關電站燈泡貫流機組水輪機轉輪技術改造提供一定借鑒。