桃源水電站水輪機A級檢修實踐

楊 斌，李 偉，席洪軍

(1.中國水電顧問集團桃源開發有限公司，湖南 桃源 415700；2.中國電建集團中南勘測設計研究院有限公司，湖南 長沙 410014)

1 工程概況

1.1 電站綜述

桃源水電站位于湖南省常德市桃源縣城附近的沅水干流上，是沅水干流最末一個水電開發梯級。電站壩址控制流域面積8.67萬 km2，多年平均流量2 060 m3/s。水庫正常蓄水位39.50 m，正常蓄水位庫容1.28億m3，利用河段落差約7.50 m，裝機總容量為180 MW，電站多年平均年發電量7.93億kW·h，裝機年利用小時數4 404 h。

電站裝設9臺單機容量20 MW的燈泡貫流水輪發電機組。運行凈水頭范圍2.0～9.7 m，轉輪直徑7.20 m，額定流量411 m3/s，額定轉速79.85 r/min。

水輪機主要由轉動部份、主軸密封、水導軸承、受油器、導水機構、埋入部份、回復機構、自動化元件、管路部份、專用工具部分等部件組成。單臺水輪機質量為774 t。

1.2 主要工作內容

桃源水電站水輪機A級檢修前對水輪發電機組發電機部分全面檢查、試驗。經試驗發電機定、轉子絕緣均合格，滿足技術要求。對定子線棒、緊固螺栓、槽楔、阻尼環等進行外觀檢查無異常。對發電機大軸軸徑及轉子聯軸螺栓進行無損檢測均正常、無缺陷，定子與燈泡頭、管型座連接面無間隙，無滲水。經過全面檢查和測試，本次A修對發電機部分包括定子、轉子不作解體處理。發電機部分主要對引出線和中性點設備、勵磁設備、集電環、油水氣和配電等輔助系統等部分進行檢修。

水輪機機械部分是本次檢修重點工作，檢修范圍包括轉輪、導水機構、組合軸承和導軸承、主軸密封、調速和軸承油系統。主要檢修工作是對各部件進行解體、清理、檢查，更換密封件和易損件，對損壞的零件進行修復或更換，最后回裝、調試、試運行。

1.3 依據的標準和規程

檢修工作依據的標準主要有：DLT838—2003《發電企業設備檢修導則》、GB/T15468—2006《水輪機基本技術條件》、GB8564—2003《水輪發電機組安裝技術規范》、JB/T7071—2005《燈泡式水輪發電機基本技術條件》、GB/T10969—2008《水輪機通流部件技術條件》、DL/T 827—2002《燈泡貫流式水輪發電機組啟動試驗規程》。

2 重點部件的檢修

2.1 轉輪

轉輪吊出流道后在安裝間拆解檢修，經檢查總體狀況良好，零件外觀無損傷，運轉靈活。槳葉表面光亮，無磨損或空蝕破壞，機組抗空蝕和磨蝕安全性能良好。但在輪轂進一歩拆解時發現存在幾處缺陷：①槳葉接力器活塞缸內壁和活塞外壁整圈有軸向劃痕，最深處約1.5 mm，如圖1所示。初步判斷是操作油中夾渣，造成缸壁拉傷；②槳葉樞軸內外銅襯套共6個磨損內徑增大，內套內徑超差；③活塞缸和缸蓋2處銅套磨損內徑增大超差；④轉輪與大軸法蘭連接面密封變硬、無彈性已完全老化，轉輪本體內密封相對較好，有彈性、有壓縮量(除活塞缸蓋處的密封已老化變硬，無彈性)。

對接力器缸壁滑痕的處理，初擬采用電弧堆焊后局部打磨修復。經與生產廠及其他方會商，此方式無法保證內壁圓度和表面光潔度，另外焊接熱可能引起缸體材質變化。最終確定缸體內徑車削加大，加工量以清除劃痕為準，相應活塞外表面滿焊加大后重新車外圓，1道密封環和2道導向環槽重新加工，并按增大的尺寸更換密封圈和導向環，如圖2所示。

圖1 槳葉操作油缸活塞劃痕

圖2 活塞外圓修復

考慮后續長期運行要求，所有有磨損的襯套不管是否超差，一律更換。對樞軸內外銅襯套，為保證同心度要求，必須在就位后同鏜。

輪轂內所有軟密封拆解檢查狀況良好，無永久變形，表面光潔，彈性良好。為保證長期運行仍然全部更換。其他如螺栓鎖定片等在拆裝時也更換。

轉輪槳葉固定螺栓設計采用電加熱法拆裝。葉片螺栓在拆卸時由于螺桿周圍存有少量油、水，加熱棒加熱時間較長致使螺桿出現發藍現象。與制造廠確認并UT檢查，確認不影響性能?；匮b時對發藍較嚴重的6個螺桿更換為新螺桿。

轉輪連桿銷鎖緊螺釘因其他轉輪(5號轉輪)出現過脫落情況，在安裝時對此鎖緊螺栓涂螺紋鎖固膠并在端部打樣沖眼進行止動。

2.2 導水機構

導水機構內、外導環主體部件經檢查外觀良好、運轉正常，同時考慮到外導環直徑大、主體單薄，吊裝過程中存在較大的變形。因此采用整體不吊出機坑，不拆解主體結構的方式。經檢查，主體結構包括內外配水環、活動導葉、控制環、導葉拐臂和連桿等狀況良好。外配水環流道內表面有少量表面銹跡，本體無銹蝕凹坑。導葉大頭端面間隙不均勻，小頭端面和立面間隙良好。拆解發現幾個缺陷：①導葉外軸套球面軸承部分磨損嚴重；②操作環滾珠軸承銹蝕嚴重；③導葉部分端面間隙不均勻超差。本次檢修主要拆解外軸套和拐臂，拆解控制環滾珠軸承，調整導葉間隙。

導葉外軸套球面自潤滑軸承部分有磨損破壞，拆解困難，部分軸承球面自潤滑內崁石墨塊脫落。回裝時更換了9個(共16個)。所有橡膠密封件進行了更換。拐臂彈簧連桿存在松脫銹蝕情況，全部拆解修復，回裝時對預緊行程作了檢測整定，如圖4所示。

控制環拆解檢查發現，上半部鋼球光潔、無銹蝕，潤滑脂粘度及潤滑性較好，下半部鋼珠銹蝕，表面缺損嚴重，潤滑脂干硬變黑， V形滾道表面也有輕微銹蝕現象(如圖3所示)。判斷是機組投運初期導葉外軸套及混泥土面漏水進入滾道引起。回裝時對V形滾道表面及壓板全面進行清洗、更換全部鋼球，重新注潤滑脂，動作試驗驗證轉動靈活平穩。

圖3 控制環滾道銹蝕

圖4 彈簧連桿檢修

2.3 組合軸承

組合軸承解體檢查正推力瓦外觀正常，無磨損、無劃痕、無脫落現象，各緊固螺栓緊固無松動。反推力瓦外觀正常，無磨損、有兩圈劃痕、瓦面無脫落現象，各緊固螺栓緊固無松動。鏡板光潔、無劃痕、無損傷。組合軸承各合封面密封拆出后已完全老化、變硬，無彈性、無壓縮量，如圖5所示。

反推力瓦兩條劃痕現場使用刮刀將高點進行修刮，并用刀口平尺檢查劃痕處無高點、無毛刺，對劃痕溝槽內的鋼砂及雜物進行清除，用無水乙醇清洗干凈。推斷劃痕原因是操作油路夾渣進入軸承油盆。軸承油盆內腔在回裝前進行了徹底清洗，如圖6所示。

圖5 油盆和正推瓦

圖6 反推瓦修復

2.4 主軸密封

主軸密封整體從水輪機坑拆解，吊裝到安裝場清洗檢查。空氣圍帶、密封圈等密封材料相對較好，有壓縮回彈，未變硬，但為保證后續長期可靠運行，全部予以更換。

抗磨環磨損較嚴重，磨損深度局部達到5 mm。推斷是河水內硬物進入后磨損。檢修更換了新的備品。

檢修對所有部件進行衛生清洗、除銹，設備表面涂刷油漆，回裝時對所有密封進行了更換。主軸密封4道密封圈為聚四氟乙烯浸漬碳纖維填料，現場裁切，各接頭采用90°錯位安裝。水封蓋螺栓初期輕微壓緊并測量了漏水量，待運轉一段時間后若出現漏水偏大時再作壓緊調整即可。

2.5 調速系統

鑒于前期運行中缺陷集中在操作油路滲漏等現象，本次檢修對調速系統油路全程各設備全部作解體、清洗、檢測、修復。范圍包括調速器主配壓閥、事故配壓閥、分段關閉裝置、壓油裝置、受油器、操作油管、導葉接力器、外部油管路等。

調速器主配壓閥、事故配壓閥等經拆解檢查，確認閥體和滑閥芯、襯套全部光潔無磨損、無損傷；各閥體內密封外觀檢查較好，未見老化現象?；匮b時全部橡膠密封件予以更換，如圖7～8所示。

圖7 主閥和引導閥折解清洗

圖8 主閥閥體拆解

受油器在燈泡頭內就地解體檢查，各浮動瓦檢查瓦面無劃痕、脫落現象，浮動瓦磨損輕微，本次未更換。內外操作油管經PT探傷確認無損傷，清洗后復用。輪轂供油管支架處堆焊的鋁青銅(厚度單邊2.5 mm)磨損較嚴重，個別支架已全部磨完，在回裝時將全部輪轂供油管更換。輪轂供油管4個連接接頭處均采用2個止動塊焊接止動(原設計為1個止動塊)，以確保運轉的可靠性。受油器本體及操作油管密封已開始老化，但仍有壓縮量?；匮b時對所有密封進行更換，在操作油管連接面均勻涂抹一薄層平面密封膠(樂泰598)，對重點部位進行密封條和密封膠的雙重防護。

導葉接力器吊出機坑，在安裝間進行拆解清洗和檢查。接力器活塞、活塞缸運行良好、無劃痕、無磨損，各密封均較好、無老化現象?；匮b時對所有部件進行清洗、所有密封進行更換，進行7.8 MPa耐壓試驗密封無滲油、部件無變形。

所有管路、壓力油罐、回油箱等都在本次檢修中進行了排空清洗；操作油回收后進行了過濾，以保證油路干凈，油質合格。管路連接法蘭原設計采用金屬環墊硬密封，經檢查全部無損傷，回裝時直接復用。

2.6 轉輪室端部裂紋處理

在對機組轉輪室焊縫進行探傷檢查時，發現上、下分瓣面下游端部(非重錘側)有裂紋，裂紋長度為14.5 cm，最深處為35 mm。轉輪室上瓣與下瓣裂縫出現在同一部位，如圖9～10所示。

圖9 轉輪室上瓣

圖10 上瓣左側裂紋

桃源電站其他8臺機組目前暫未進行探查。經調查，在其它電站同類型機組也出現相似裂紋?，F場發現分瓣法蘭板與伸縮段的角接焊縫未開坡口、未焊透，僅在角接表面堆焊15 mm高焊料。導致2個部件的聯接承拉力集中在角焊料上。由此導致局部應力過大破壞。初步判斷，此裂紋處因為結構特性和焊接缺陷導致應力集中。在尾水壓力脈動和水力不平衡荷載下，受交變應力，發生低應力高周期疲勞破壞。

經與制造廠、設計方等各方會審，確定了現場修復方案。目前修復以不改動原設計，消除加工缺陷和現場裂紋的原則進行。

分瓣合縫面手工打磨：對合縫面和密封槽進行粗磨，并用刀口尺檢查。堆焊不足處進行補焊，采用氬弧焊(GTAW)+(ER50-G)焊絲，全部粗磨后對堆焊表面進行PT檢查，要求無缺陷。對粗磨過的合縫面進行精磨，并用刀口尺以原合縫面為基準進行檢查，不允許凸出，允許局部凹進不超過0.1mm；合縫面密封槽現場修磨成型。全部焊接完成后用PT及UT探傷方法檢查焊縫質量，要求無缺陷。如有缺陷，處理后補焊至無缺陷為止。

2.7 其他

試運行前對機組、流道等進行了全面清查。流道內表面鋼內襯基本完好無損傷，未作處理；尾水流道混凝土表面稍有磨損，大部露出骨料。但表面基本平整無坑洼，本次也未處理。流道排水閥本體完好，閥后橡膠減震接頭全部更換。其它屬于正常折舊的設備和結構本次作了記錄，計劃在每年度的檢修中檢查，出現損壞后隨時修復。

3 檢修后評價

在4月14日完成24 h試運行后，4號機組投入商業運行。機組振擺、軸承溫升等正常，前期的泄漏等問題已消除。機組狀態良好，滿足安全穩定運行要求。

從拆解檢查可以確認，機組綜合性能質量良好；結構剛強度、抗空蝕磨損性能優秀；部件加工裝配質量優良，長期穩定運行不存在隱患，超出力和超高水頭運行潛力較大。

機械部分的缺陷集中中調速和潤滑油系統上，包括油缸刮擦、密封件泄漏。經分析，刮擦缺陷原因不在工廠加工，而是現場配管、焊接、切割作業產生焊渣、碎屑，首次裝配時未徹底清除造成。其它機組在第一次A修中基本會發現類似缺陷。在經過第一次A修徹底清洗，無后續動火作業的前提下，日后再發生類似缺陷的可能將減少。

密封件泄漏集中在各種橡膠密封墊、密封圈或盤根處，其原因經檢查分析，有以下幾點：

(1)橡膠密封件材質不良，初期或投運后很快出現老化、皸裂或粘粘，無回彈能力。

(2)安裝時未就位，或暴力擠壓，密封件出現斷裂、變形。

(3)安裝時接觸有機溶劑，造成橡膠變性。

各類管路聯接經檢查，中高壓法蘭采用的金屬硬密封環墊經久耐用，質量可靠，以后可以大量推廣；低壓法蘭橡膠密封墊質量不夠可靠，本次檢修更換為石棉復合墊，性能待后期驗證。

4 對后續機組A修的建議

4.1 轉輪室修復跟蹤

由于本次修復以消除裂紋為主，未對整體設計方案進行復核。對是否存在結構設計薄弱沒有研究。初期投運正常不能判定后續是否會出現疲勞破壞。計劃在后期對此處加密監測，如在一個大修間隔內不再出現裂紋，則可最終判定結構整體是安全的。

如果后期裂紋再次出現，則需要對結構設計方案進行復核。建議對轉輪室荷載和結構進行數值分析和現場實測，查明運行時應力集中和位置和量值，找到破壞原因。據此研究結構優化方案再實施。

其他機組A修應將此作為必檢項目，并在網絡進度中安排修復工期。

4.2 轉輪檢修

參照本臺機組轉輪各部件運行情況，轉輪各銅套在經過幾年的磨損后配合尺寸會出現超標必須進行更換及轉輪體內活塞、各轉動部件損傷的不確定性，同時考慮到轉輪裝配的專業性及可靠性。建議在往后的檢修中現場僅對轉輪葉片進行拆、裝，轉輪本體內部各銅套的更換及其他部件損傷的修復均由原設備廠進行處理，在制造廠內整裝后發至電站直接回裝。