彭水電站2號機組控制環抗磨板偏磨原因分析及處理

俞榮厚

（重慶大唐國際彭水水電開發有限公司，重慶 409600）

0 引言

彭水電站2號機組為天津阿爾斯通生產，為立式混流式水輪發電機組，設計單機容量為350 MWA，水輪機型號為HLF169A0-LJ-768，轉輪直徑7 680 mm，最大工作水頭81.60 m，最小工作水頭52 m，額定水頭為67 m，彭水電站水輪機機組導水機構由頂蓋、底環、24只活動導葉、控制環和傳動機構等組成。調速系統通過控制環與導葉聯接，機組的負荷調整通過接力器操縱控制環來調節導葉開度實現，控制環分兩瓣組合，底部有軸向、徑向導軌抗磨板，抗磨板有自潤滑性能。

1 控制環的工作原理及偏磨現象

控制環又稱調速環,它的作用是將接力器的作用力傳遞給導葉的傳動機構。控制環支撐在頂蓋上,為減少摩擦使轉動靈活,在控制環的底面和側面裝有抗磨板,抗磨板的材料FZ-5。彭水電站水輪機采用雙耳平行式,耳環與接力器推拉桿相連,小耳環與導葉傳動機構相連，在接力器的操作下繞水輪機中心線旋轉,帶動導葉的傳動機構運動。

2015年11月，2號機組C修期間，在對控制環抗磨板進行檢查時，發現控制環下部沿圓周均積有黑色粉末，對控制環吊起，檢查為控制環底抗磨板和側抗磨板嚴重磨損產生的鐵屑。經對現場狀況進行分析為機組運行過程中控制環中心向下游偏移，接力器向開方向移動時控制環內側抗磨環與頂蓋結合面產生摩擦，且在此部位有大量因摩擦產生的鐵屑及抗磨塊碎屑，據此分析，控制環側抗磨板過度磨損并有繼續磨損、中心位移有擴大趨勢。

圖1 控制環抗磨板母材被磨損

為查找原因，解決問題，結合檢修對控制環抗磨板進行了檢查和數據測量。

（1）調速系統消壓前，對接力器的全行程、壓緊行程、高程進行了測量，測得數據見表1。

表1 接力器測量數據

兩接力器全行程相差31 mm，壓緊行程相差3.77 mm，均超出了設計值和GB/T 8564-2003《水輪發電機組安裝技術規范》的相關要求，兩個接力器高程相差0.92 mm，滿足標準要求。

（2）壓力鋼管排空后，操作接力器，觀察接力器動作過程中，控制環整體向下游偏移。接力器從全關至全開位置動作的瞬間，觀察控制環抗磨板與頂蓋間隙從約5 mm減少至0；接力器從全開向全關位置動作時，直到到達全關位置瞬間，觀察控制環抗磨板與頂蓋間隙恢復至5 mm。

（3）檢查控制環+Y方向（現場23號導葉至11號導葉之間）側面磨損嚴重，加工面已被磨損成花面，抗磨板已被全部磨掉，+Y方向控制環母材被磨掉約5 mm；控制環-Y方向（現場5號導葉至12號導葉之間）底面磨損嚴重，底面抗磨板被磨掉，控制環和頂蓋接觸面被磨成花面，母材未發現明顯尺寸偏小。

（4）控制環吊起后，對頂蓋水平進行了檢查，測量位置為控制環壓板處，測得數據見表2。

表2 頂蓋水平測量數據 單位：m

從數據能夠看出，頂蓋水平測量的最高點與最低點差值為0.73 mm，滿足標準規定的要求。

2 控制環偏磨的原因分析

經對控制環調開后檢查的情況和測量的數據進行分析，結合控制環的動作原理和結構，分析控制環產生偏磨的主要原因如下：

（1）接力器從全開至全關動作時，1號接力器無桿腔推力比2號接力器有桿腔拉力大（設計接力器推力2 783 kN，拉力2 395 kN），造成接力器動作時，1號接力器推力使控制環向下游偏移，長期運行導致控制環抗磨板磨損。

（2）處理過程中測得兩接力器行程不一致，1號接力器行程大，超出標準要求。運行過程中，當導葉全開時，2號接力器活塞已到達底部，而1號接力器活塞此時還未到達端部，繼續向前運行，導致控制環向下游偏移。

3 控制環偏磨的處理

為解決控制環偏磨的問題，結合測量檢查的各種數據和分析的原因，結合2號機組A級檢修，進行了如下處理和改進：

（1）修復控制環和頂蓋，將控制環和頂蓋母材磨損部位按照工藝進行補焊，考慮到控制環和頂蓋尺寸大，重量重，不便于運輸，經過市場調研，采用了將車床運輸至電站安裝間進行加工，對加工尺寸和精度進行嚴格控制，使其達到設計值。

（2）對控制環抗磨板更換，重新鉆鉸抗磨板螺栓，并在抗磨板加注潤滑脂，回裝控制環，按照規范要求調整好接力器水平，并與控制環進行了連接。

（3）在拐臂與控制環連接板連接前，將調速器系統建壓至1 MPa，動作接力器，觀察控制環與頂蓋之間的間隙均勻，沒有出現修前檢查中的控制環整體向下游偏移現象，觀察各部位運行無異常。

（4）將調速器系統建壓至6.3 MPa，動作接力器，觀察控制環抗磨板與頂蓋間隙均勻，在控制環壓板處安裝百分表，測量控制環跳動量為0.25 mm，滿足標準要求。

調整后接力器活塞桿水平、全行程、壓緊行程數據見表3。

表3 調整后接力器測量數據

4 結束語

經調研，國內大型水輪發電機控制環偏磨情況時有發生，由于控制環尺寸大，重量重，在檢修中不便于處理，控制環偏磨嚴重時影響機組的安全穩定運行，不容忽視。彭水電站2號機組經過此次處理和改進后，經過了高溫大負荷考驗，沒有再出現控制環偏磨現象，實踐證明，此次的處理方法和改進措施是有效的。