談潘家口水電廠1號機轉輪引水板改造

李建民，胡松林

（水利部海委引灤工程管理局，河北 唐山 064309）

1 改造前的概況

潘家口水電廠1號機于1981年4月首次投入運行以來，分別在1987年6月和1989年10月兩次發生引水板開裂事故，導致停機搶修。1991年1號機擴大性大修時對轉輪引水板進行了加固處理，在引水板和轉輪上冠間對稱焊接了八個外徑為Φ289 mm的鋼管，補焊了兩塊尺寸分別為1 250×80 mm、1 100×80 mm，厚20 mm的16 Mn鋼板，并對引水板裂紋進行了補焊處理。2000年12月1號機小修檢查過程中，檢查轉輪引水板發現在頂蓋+X、-Y方向原調相補氣管口處有一條長170 mm的裂縫，并對出現開裂地方進行了維修。

2 引水板損壞原因分析

2.1 引水板結構不合理

潘家口水電廠1號機為混流式機組，水輪機型號為HL-LJ-550，引水板是水輪機轉輪的重要組件之一，也叫減壓板，位于轉輪上冠，主要作用是將上迷宮的漏水經引水板導流至轉輪泄水孔排出，能夠減輕轉輪的軸向水推力。引水板外徑為Φ5 020 mm、內徑Φ2 130 mm、面積16.22 m2，由于引水板安裝后對其上表面進行了加工，導致厚度不均勻，在22～36 mm之間。機組運行時引水板會產生振動，而強度不夠的引水板由于金屬疲勞極易開裂[1]。

2.2 機組運行工況不良

1號機運行水頭變化大，最高曾在85 m水頭下運行，最低曾在36 m水頭下運行，再加上運行時間長，造成機組運行工況不良。機組在不良工況和低負荷運行時，轉輪出口的水流是不對稱的，會形成偏心的旋轉渦帶。該渦帶以一定頻率在尾水管中作螺旋狀旋轉運動，從而在尾水管內形成了周期性的壓力脈動。該壓力脈動同樣會造成引水板的疲勞損壞，引水板在機組振動和壓力脈動的雙重作用下，加速了引水板的開裂，而引水板開裂會造成機組更大的振動和擺度，造成惡性循環。

3 調研情況

為了確保1號機安全運行，徹底消除這一影響機組安全運行的隱患，結合2008年的機組擴修情況，擬對轉輪引水板進行徹底更新改造。通過調研和實地考察，借鑒兄弟單位處理引水板開裂的先進經驗，用砼填充的方法可以成功地解決這一難題。

具體調研情況如下：

青海龍羊峽水電廠：3、4號機組運行過程中發生引水板開裂。為了不影響發電轉輪沒有吊出機坑，將原引水板全部割除現場澆鑄鋼筋混凝土，改造后轉輪沒有作靜平衡試驗，現在使用情況良好。

陜西安康水電廠：1999年3號機組、2000年4號機組將原引水板全部割除，機組未吊出機坑，現場在轉輪上冠內澆鑄鋼筋混凝土。引水板改造后轉輪均未做靜平衡試驗，現在使用情況良好。

四川東方電機廠：走訪東方電機廠了解到，從龍羊峽水電廠、安康水電廠改造情況看，轉輪上冠內澆筑混凝土的方案是可行的，改造后轉輪需要注意平衡問題，一般要求作靜平衡試驗。

4 改造

為了解決轉輪引水板開裂的隱患，且不影響1號機正常放水發電，選擇在1號機擴大性大修期間施工。

4.1 混凝土材料與標號的選擇

采用補償收縮砼可降低混凝土材料的剪切應力，將水泥用量控制在不低于300 kg/m3，膨脹劑采用的QK-UEA低堿膨脹劑，使用數量在5 %左右。混凝土配比情況如表1所示。

表1 混凝土配比情況

考慮到轉輪法蘭面距頂面只有40 mm，故用40 mm厚鋼板焊接。

4.2 鋼筋的選擇與布置

選擇唐鋼產品，保證產品性能。鋼筋錨固長度為70 mm且與轉輪焊接。徑向布置Φ10 mm鋼筋，平面間距靠大軸處大約150 mm；軸向間距150 mm（完整鋼筋網分兩層），不完整鋼筋網分2層。軸向布置Φ10 mm鋼筋，間距靠大軸處150 mm，鋼筋在轉輪上焊接錨固70 mm，混凝土頂面下50 mm做90度彎勾，彎勾長70 mm。鋼筋平面布置情況如圖1所示。

圖1 鋼筋平面布置圖

4.3 施工步驟及要求

采用氣割方法將水電廠1號機轉輪加強板、引水板切割，僅留下8個加強管、10個排水管，要確保原鋼管頂面完整，將用于澆筑混凝土的高程控制點。沒有引水板的轉輪受力效果不佳，引水板氣割口可用焊條將其焊平，同時要將轉輪機內被腐蝕的地方進行清理[2]。

為了使水電廠1號機轉輪能夠處于一個平衡狀態，在配重塊的對稱位置留出配重空腔，以減小混凝土對1號機轉輪平衡的影響。

5 改造后的效果

潘家口水電廠1號機轉輪引水板改造以后，經過甩負荷運行、72 h試運行試驗，機組運行平穩，各部位振動、擺度均處于正常范圍內，改造前后振動、擺度詳情況如表2所示。

通過數據分析比較可知，此次轉輪引水板改造后下機架垂直振動、下導、水導擺度都比改造前小，說明機組運行的平穩性更好，并且機組自2009年3月投入正式投入運行至今，沒有出現澆筑的混凝土掉渣、脫落等情況，證明改造獲得成功。

表2 1號機轉輪引水板改造前后穩定性數據比較

6 結語

水力機組的運行與機組各部分的振動和擺度具有相關性，要想保證機組運行的穩定性，需要盡量減弱由于機組振動和水壓脈動帶來的不良影響。這次引水板改造不管是從水泥、鋼筋等材料的選擇以及混凝土標號的確定，還是轉輪混凝土澆筑的工藝、質量都盡量做到精益求精。經過10年的運行，證明這次改造是相當成功的，有效避免了1號機轉輪引水板開裂而造成事故停機的隱患。