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　　葛洲壩電廠水輪發(fā)電機組技術改造簡述王建忠，盧進玉（葛洲壩水力發(fā)電廠，湖北宜昌443002）針對其產(chǎn)生的原因采取了一些改進措施和進行了改造，收到了很好的效果。調(diào)速器更換為SJ形接力器由于剛度小變形大活塞漏油嚴重，改造中用4個搖擺接力器替代，確保了機組的穩(wěn)定運行。水輪機葉片外緣加裙邊后不僅振動減小，間隙空蝕減輕，在某些工況效率還有所提高。推力軸瓦更換為彈性金屬塑料瓦，其承載能力大。摩擦系數(shù)小。安裝工藝簡單，改造是成功的，但仍存在著燒瓦的隱患。水輪機噴涂抗磨保護層收到一些效果，但中環(huán)和葉片強空蝕區(qū)的磨蝕尚無有效I：TM312（263）：B 1水輪發(fā)電機組運行概況20年的運行考驗，總的情況良好，但也出現(xiàn)了一些問題。如：170MW機組在投產(chǎn)初期，運行不夠穩(wěn)定，曾出現(xiàn)過推力軸瓦燒損事故；在空載和低負荷區(qū)運行時的振動與擺度較大；發(fā)電機的冷態(tài)振動偏大等。

　　經(jīng)過優(yōu)化改造，消除了這些缺陷，在超過23m水頭下長時間運行均未出現(xiàn)異常。125MW機組經(jīng)過各種工況的測試及相關專家的研究、討論，該機組出力有潛力可挖，可超出力線運行，在額定工況點水輪機的出力可達138MW，發(fā)電機可達134~135MW.自1987年開始，修改了原出力限制線，機組在豐水期超出力線運行，使機組帶額定負荷的時間比設計延長了60d左右，年發(fā)電量7億~10億kW *h，且在運行中發(fā)現(xiàn)該機組出力仍有很大余量。無論170MW的機組，還是125MW機組，經(jīng)過各種工況的考驗，其振動、擺度、三部軸承的瓦溫及定子鐵心與線圈溫度均在設計的容許范圍內(nèi)；21臺機組年平均運行小時數(shù)達到6 000h，年最高運行小時數(shù)超過8000h，遠遠超出設計值，且機組的可用小時數(shù)均大于7000h；截至2001年底己累計發(fā)電2646億kWh. 2泥沙磨損情況葛洲壩水利樞紐壩上控制流域面積100萬km\約占全流域的A5a%c年平均im300，m3/s徑流量4259億m3，實測最大入庫流量72000m3/s最小入庫流量2 kg/m3，年輸沙量為5.26億t總庫容15. 7億m3.由于葛洲壩水電廠位于南津關彎道的下段，在彎道環(huán)流作用下，泥沙產(chǎn)生橫向位移，底層含沙量大，其粒徑大的泥沙向凸岸右側(cè)運動，表層清水向凹岸二江一側(cè)運動。過機泥沙粒徑大小的分布與過機泥沙含量的分布成正比，愈靠右岸的機組，過流部件的磨蝕愈嚴重，規(guī)律是：二江小而細，大江大而粗，二江電廠的含沙量為斷面（宜昌）平均值的0.94~0.98倍，18號機為1. 37倍，21號機為1.6倍；過機泥沙粒徑18號機為二江的1. 2~20倍，21號機為1.2~2.9倍；最大粒徑達0.62mm單機年過沙量在1 500萬t左右。水輪機的空蝕和泥沙磨損主要表現(xiàn)為葉片正、背面的泥沙磨損和翼型空蝕；其次表現(xiàn)為葉片外緣的“啃邊”和頭部磨蝕。盡管葉片與轉(zhuǎn)輪室中環(huán)采用抗磨蝕的不銹鋼材料，葉片的間隙空蝕、過流部件的泥沙磨損依然存在，且隨著運行時間的加而不斷加重。為了減少泥沙水流對機組過流部件的破壞，對諸如葉片、輪轂、連接體、泄水錐、活動導葉、固定導葉、底環(huán)、上環(huán)、下環(huán)等過流部件涂了環(huán)氧金剛砂壩水力發(fā)電廠副總工程師；盧進玉（1959―）男，湖北沔陽人，高級l工！王師b葛5洲丨。壩水發(fā)電廠檢修分廠總、工程師。://www.cnki.net涂料保護層；葉片外緣加裙邊；規(guī)定17 ~21號機組不許超出力限制線運行，即按額定負荷125MW運行；合理運用機組排沙底孔、排沙洞、沖沙閘，大大減輕了過流部件的磨蝕。經(jīng)過20年的實踐證明，這些方法是行之有效的，延長了過流部件的使用壽命和檢修周期，保證了機組的穩(wěn)定運行。

　　3水輪發(fā)電機組的改造3.1存在的問題及處理措施3.11170MW機組存在的問題。①推力軸瓦燒損事故；②空載和低負荷區(qū)運行機組的振動與擺度較大；③發(fā)電機的冷態(tài)振動偏大；④大軸密封發(fā)卡；⑤葉片“X”密封漏油；⑥、剪斷銷剪斷，導水葉失控等。

　　處理措施。大推力軸瓦的周向偏心值，從而提高了其運行的可靠性；取消水導瓦的絕緣墊塊，大鉻鋼墊塊的尺寸，減小水導瓦的調(diào)整間隙，加大真空破壞閥的彈簧力及在支持蓋與頂蓋的縫隙處加補強塊，上導軸瓦支持座加厚，減輕機組的振動與擺度；用改進后的雙平板密封取代大軸的端面密封，使得大軸密封能夠可靠地運行；用潛水泵取代離心式頂蓋泵，使頂蓋的排水有了保障；大葉片“X”密封頂緊環(huán)彈簧力和間隙，改變“X”密封的尺寸，有效地解決了葉片漏油的問題；導水葉加裝全關限位擋塊，剪斷銷剪斷后，導水葉就不會反轉(zhuǎn)。

　　存在的問題。①回復軸承易損壞；②上導油冷卻器漏水；③受油器浮動瓦易磨損；④發(fā)電機定子鐵心壓指脫出；⑤平板密封運行不可靠；⑥葉片“X”

　　密封漏油；⑦剪斷銷剪斷，導葉失控；⑧檢修密封（空氣圍帶）不起密封作用；⑨導葉套筒漏水；⑩樞軸與竹400銅瓦磨損、拉傷、錯位；控制環(huán)側(cè)面、底部抗磨塊脫落，操作架與連桿連接銷脫出；3頂蓋泵與其浮子不可靠；1三部軸承內(nèi)擋油筒滲油等。

　　處理措施。用整體式回復軸承座代替原軸承座，提高了回復軸承運行的可靠性；用蛇形管冷卻器代替箱式冷卻器，易漏水的問題得到了根治；用減小受油器浮動瓦的端面壓力，改變其配合間隙，使受油器浮動瓦易磨損的問題得到緩解；在上、下橡膠平板密封面開潤滑水槽加其潤滑，使其運行可靠性提高；用潛水泵取代液下離心頂蓋泵，使運行更加可靠；大葉片“X”密封頂緊環(huán)間隙，改變“X”密封的尺寸，解決了葉片漏油的問題；導水葉加裝全關限位擋在檢修中均得到應用，起了很好的作用。

　　3.2調(diào)速器全廠除21號機的調(diào)速器為進口外，其余20臺機的均為國產(chǎn)設備。其電調(diào)為模擬電路電液調(diào)速器；機柜為DST行中主要存在的問題有：①鐘罩式電液轉(zhuǎn)換器抗油污能力差、易堵塞、發(fā)卡、平衡位置易變；②凸輪式機械協(xié)聯(lián)裝置誤差大、運行遲緩；電氣協(xié)聯(lián)調(diào)整、整定值易變；③功給、頻給電機動作死區(qū)大；④電氣接插件及轉(zhuǎn)接端子接觸不可靠；⑤電氣抗干擾能力差，元器件老化損壞多。

　　為解決這些問題，并使調(diào)速器實現(xiàn)遠地、現(xiàn)地手動、自動操作，適應計算機控制的要求，為實現(xiàn)無人值班（少人值守）打下基礎，二江電廠125MW機組電氣柜選用南京自動化研究所生產(chǎn)的SJ產(chǎn)的DTJ*150/4*E1機械柜配套其電柜功能性強、適應性強，保護能力和自檢能力強，調(diào)試智能化，裝置的可靠性高、穩(wěn)定性好，水能利用率高；機柜采用標準化、國產(chǎn)化、集成化液壓元件，加工精度高，大大減少了控制油管路，布局合理、簡潔，外罩設計美觀，操作方式靈活，切換無沖擊擾動，達到了預期目標。

　　在此基礎上，我廠進行了新的嘗試，電柜選用葛電能達公司研制的WBST―A微機步進式電機調(diào)速器與BST*150機械柜（系DTJ*150/4*E1機柜的改進型）相配套改造了16臺機。電柜的微機采用高可靠性能的可編程控制器，配以數(shù)字測頻板，克服了模擬電路的各種問題，梯形圖語言易讀、易修改，主要控制功能吸收了目前國內(nèi)外調(diào)速器的優(yōu)點，使整個系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、功能完善、性能良好等特點；機械柜比DJT*150/4*E1更簡單、明了，取消了手自動切換電磁閥，減負荷電磁閥，油管路更少，用步進電機與絲杠取代了電液轉(zhuǎn)換器和中間接力器，從而克服了原機械柜固有的問題，使其主要技術性能達到了國際先進水平。

　　3.3過流部件抗磨蝕保護塊剪斷銷剪錮導水厲不會反轉(zhuǎn)等哞些措施lish焊膏保護展試驗；-80美國，酯保護層試驗機組過流部件抗磨蝕材料的試驗，從1983年3月3號機大修時就開始著手進行，先后在機組過流部件上進行了環(huán)氧砂漿抗磨試驗；噴焊Nh-3粉沫材料保護層試驗；蓖麻油互穿網(wǎng)絡高分子復合材料保護層試驗；環(huán)氧金剛砂保護層試驗；冷態(tài)環(huán)氧材料保護層試驗；金屬陶瓷保護層試驗；Ni67、Ni180A合金粉沫HH893―1型涂料保護層試驗；雙層次尼龍保護層試驗；聚酰胺一聚氨脂保護層試驗；美國DP、DL保護層試驗；美國環(huán)氧金剛砂保護層試驗；鈦合金貼片及其他材料的粉沫金屬噴涂試驗等。經(jīng)過1~2個汛期的考驗，這些試驗中的多數(shù)材料由于與不銹鋼葉片的附著力不夠或施工工藝存在問題及試驗材料的缺陷均脫落，甚至使葉片遭受不同程度的磨蝕，而加了葉片的檢修補焊、打磨工作量。相對成功的試驗材料是山西水科所、天津勘測設計院水科所、黃委會水科所獲國家發(fā)明獎和專利的環(huán)氧金剛砂抗磨蝕材料，該抗磨蝕材料涂層對機組過流部件固定部分（除轉(zhuǎn)輪室中環(huán)外）的4年保留量達90%以上；對葉片背面的保護效果不理想，約80%左右，葉片背面強空蝕區(qū)的4年保留量為零。因此，轉(zhuǎn)輪室中環(huán)和葉片背面的保護是目前需要解決的課題。

　　3.4彈性金屬塑料推力軸瓦彈性金屬塑料推力軸瓦（以下簡稱“氟塑料瓦”）由于其綜合的技術指標和性能高于巴氏合金推力瓦，90年代后被許多水電廠采用。該瓦在工廠一次加工成型，在安裝工地不需做任何的加工處理，簡化了安裝工藝；其摩擦系數(shù)小，承載能力大，軸承損耗下降，取消了水冷瓦系統(tǒng)和高壓油減載系統(tǒng)，簡化了推力軸承結(jié)構(gòu)，便于檢修，同時降低了水能與電能消耗，簡化了運行條件，減輕了勞動強度。因此，我廠1990年初從原蘇聯(lián)引進3臺套安裝在二江電廠的170MW和125MW機組的推力軸承上，試驗及運行效果令人滿意。隨著前蘇聯(lián)氟塑料瓦的引進，國內(nèi)同行看好其應用前景，相繼進行研究，并在一些大中型機組的推力軸承上試驗成功。我廠也不例外地應用了國內(nèi)的最新科研成果，相繼引進了11臺套氟塑料瓦安裝于125MW機組的推力軸承上，早期國產(chǎn)氟塑料瓦運行比較穩(wěn)定，從1996年底至1997年初安裝的國產(chǎn)氟塑料瓦運行不穩(wěn)定，發(fā)生軸瓦燒瓦事故。俄羅斯引進的氟塑料瓦燒損2套，其中2號機軸瓦脫殼產(chǎn)生了磨損鏡板的大事故，兩套軸瓦己全部報廢；國產(chǎn)軸瓦燒損6套，產(chǎn)生裂紋的5套，均為氟塑料瓦質(zhì)量問題。從燒瓦情況和目前我廠運行的國產(chǎn)氟塑料瓦的情形看：國內(nèi)對氟塑料瓦的設計、制造工藝還需進一步探討、優(yōu)化，使其不斷完善；制造廠家需建立一套行之有效的工藝保障體系，以確保氟塑料瓦的產(chǎn)品質(zhì)量；還需選擇或研制彈性金屬塑料軸瓦的瓦溫、油溫的測量報警系統(tǒng)，嚴防事故的擴大化；同時，還需建立行之有效的運行、檢修規(guī)范，以3.5170MW機組控制環(huán)與環(huán)形接力器170MW機組水輪機控制環(huán)由于剛度小、變形大，其環(huán)形接力器活塞漏油嚴重，雖經(jīng)多次處理，仍未解決根本問題，直接影響機組穩(wěn)定運行。為此我廠對其進行了徹底改造，用新設計加工的控制環(huán)取代了剛度小的控制環(huán)；用背靠背的4個搖擺接力器替代了環(huán)形接力器，確保了機組的穩(wěn)定運行。

　　3.6水輪機葉片外緣加裙邊170MW機組，自投產(chǎn)發(fā)電以來，在空載和低負荷區(qū)水流條件不好，機組振動大，使機組正常的運行受到制約，且170MW、125MW機組葉片間隙空蝕嚴重。為此，在華中理工大學做了有關試驗。試驗證明，葉片外緣加裙邊不僅可使振動減小，間隙空蝕減輕，而且在某些工況效率還有所提高。1993年在170MW機組擴大性大修時，將這一科研成果在機組上實施，經(jīng)開機運行，機組空載、低負荷區(qū)的振動明顯減小，滿足了機組正常運行的要求。這項成果己在全廠推廣應用。

　　3.7受油器浮動瓦在我廠21臺軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機中，受油器與操作油管之間設有三道浮動瓦。這種銅瓦結(jié)構(gòu)可以隨著操作油管的擺動自整位，這樣既能提高對壓力油的密封性能，又能減緩操作油管的弊勁，起著隔離油路和導向的作用。然而這種浮動瓦在使用過程中，并沒有發(fā)揮其應有的作用。在運行過程中，瓦面的磨損異常嚴重，直接威脅著機組的安全運行。125MW機組投產(chǎn)初期，受油器的下浮動瓦就出現(xiàn)了嚴重磨損。在機組后期設計和制造過程中考慮了這方面的因素，做了部分改進，諸如設操作油管支架，改變浮動瓦的尺寸等，但這仍未有從根上解決磨損問題。分析其主要原因有兩個。

　　正壓力過大。由于受油器下浮動瓦上端面與操作壓力油相通，下端面可視為排油腔，這在該瓦兩端形成了很大的壓差，其作用在浮動瓦上的正壓力約為300kN，浮動瓦在這么大的壓力下進行自整位浮動是不可能的，實際上是操作油管擺動整位。

　　使其運行、檢修有章可稼CJ腿丨E*觸趾產(chǎn)生接觸磨擦，rig是產(chǎn)生磨損的根源如處理方疑bookmark2設計間隙過小。浮動瓦與操作油管的設計間隙為00H7//7，即雙面間隙為0.068~0.194mm之間，設計上只考慮到油路上的密封，而忽視了浮動瓦也應是一部導向軸承，過小的間隙將會導致油的溫度升高而減小油膜的承載能力，發(fā)熱還將會導致軸頸與軸瓦膨脹。再加上操作油管在安裝時不可避免的存在傾斜度與不同心度，兩者局部之間將減小正壓力，減小浮動瓦下端部的密封面積；同時大配合間隙，將原來0.068~0.194mm改為0.20~0.25mm；加密封油環(huán)；在浮動瓦中間均布3條5mmX 3mm的迷宮溝槽。

　　3.8主軸密封水輪機的主軸密封采用雙層橡膠平板密封結(jié)構(gòu)。該密封裝置在剛投產(chǎn)運行時，不到2000h就發(fā)生過4次平板磨損而被迫停機檢修的情況。運行期間，水壓極不穩(wěn)定，壓力表指示有時出現(xiàn)2 104Pa（200mmHg）的真空，有時出現(xiàn)0.2MPa的壓力，水封裝置有時會冒煙和散發(fā)出橡膠燒焦的臭味，并經(jīng)常出現(xiàn)密封失效而漏水的情況，嚴重地威脅著機組的安全運行。究其原因主要是設計中只強調(diào)了“密封”而忽視了兩摩擦面之間必要的冷卻潤滑，使得橡膠平板與抗磨環(huán)不斷摩擦發(fā)熱，導致平板磨損。為此，我廠開始摸索其改進方案，首先在橡膠平板上開設24個楔形槽，均勻分布在平板圓周，楔形槽呈角形，順水流方向逐漸變淺，且不將平板徑向開通，最大深度約25mm，以便水箱中的水進入平板進行潤滑和冷卻。另外在橡膠板的下面設托板，使其只懸出20mm，保證橡膠板有良好的平整度而不至于因自重下沉變形。這樣改進后，在各機組的運行中都收到了較為理想的效果。為了不再在檢修和更換平板中每次開設楔形槽而將槽轉(zhuǎn)移到金屬抗磨環(huán)上，使得該密封裝置得到了徹底的優(yōu)化，從而保證了機組的安全運行。

　　3.9導水葉限位塊機組投產(chǎn)以來，由于來水中的雜物較多，經(jīng)常出現(xiàn)個別導水葉剪斷銷被剪斷的現(xiàn)象，都因處理及時而未給安全發(fā)電造成影響。曾發(fā)生過一臺機13個導葉剪斷銷全被剪斷失控，機組出現(xiàn)約15~201/min反轉(zhuǎn)，被迫將上游進口工作閘門關閉，機組方停止轉(zhuǎn)動的事故。從設計上看，導葉具有自關閉能力，且開度在58%~ 40%時，失控導葉關閉過程中，其頭部可能與相鄰未失控導葉尾部相撞；開度在40%~32%時，失控導葉尾部可能與相鄰導葉尾部相撞；開度在32%以下時，失控導葉可能與相鄰未失控導葉頭部相撞。原設計中，水輪機每個導水葉均設有防止開度過大的限位塊將其焊接在底環(huán)上。

　　但該限位塊長度僅為50mm，高度約為20mm的半圓弧，且多數(shù)只在圓弧段焊接，強度較低，根本起不到限制失控導水葉開度過大的作用。事實上，此次事故中，失控導葉的限位塊被全部撞掉，只留下了阻廠在所有導水葉拐臂處或底環(huán)處設了牢固的限位塊，阻止導水葉失控開啟或關閉開度過限。此項方案現(xiàn)己在全部機組上實施。

　　3.10轉(zhuǎn)輪葉片密封裝置機組轉(zhuǎn)輪葉片密封裝置采用的是傳統(tǒng)的“入”型密封，運行初期，一度出現(xiàn)嚴重漏油現(xiàn)象。我廠根據(jù)針對這一問題所進行的一系列分解檢查和檢修處理情況認為型密封裝置結(jié)構(gòu)設計是成功的，在轉(zhuǎn)漿式水輪機上的運用也是可行的，而造成我廠水輪機轉(zhuǎn)輪漏油的關鍵是對密封裝置的認識不夠充分，在設計中一些技術參數(shù)的選擇不太合理，所以才未能達到密封的效果。引起機組轉(zhuǎn)輪漏油的原因，歸納起來如下：①頂緊環(huán)彈簧的作用力偏小。②頂緊環(huán)與密封槽之間的間隙過小，運行中由于葉片的自重和水推力的作用造成葉片下沉使得頂緊環(huán)出現(xiàn)局部卡死而不能活動自如地將彈簧的作用力全部均勻地傳遞給密封圈。③“X”密封圈的內(nèi)徑太小，設計選擇的密封圈長度小于葉片樞軸的周長，至使運行中容易出現(xiàn)密封圈隨樞軸一起轉(zhuǎn)的情況，從而導致密封圈局部拉長或變形撕裂。

　　針對上述原因，在檢修中采取了以下綜合治理措施：①加大頂緊環(huán)彈簧的壓力，使其與作用在該密封圈上的水壓力相等。②加大頂緊環(huán)與密封槽的間隙，使頂緊環(huán)的內(nèi)外間隙各為1，保證在葉片下沉和銅套磨損后頂緊環(huán)活動自如；③加大“X”密封圈內(nèi)徑，直徑由原來的令1此改進和優(yōu)化后，機組經(jīng)多次的緊急開停機和甩負荷試驗，至今再沒有出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片漏油的情況。

　　4有待進一步解決的問題20年來，我廠在水輪發(fā)電機方面的技術改造是成功的，同時還應看到：推力軸承運行仍然不夠可靠，軸瓦燒損事故的隱患依然存在，尤其是170MW機組。水輪機過流部件的磨蝕在加劇，而處理手段單一，尤其是轉(zhuǎn)輪室中環(huán)和葉片背面強空蝕區(qū)的磨蝕，至今還沒有一個有效的處理措施。檢修密封（空氣圍帶）不起密封作用，樞軸與料400mm銅瓦磨損、拉傷、錯位，操作架與連桿的連接銷脫出，三部軸承內(nèi)擋油筒滲漏油等仍然沒有一個切實可行、易于現(xiàn)場檢修的處理方法。14號發(fā)電機定子的振動問題仍未解決。機組的空氣冷卻器、油冷卻器泥沙磨損和設備老化現(xiàn)象十分嚴重。除這些問題需要解決外，一些設備的技術改造還不夠完善，均需要不斷地礙導葉復位的疤U了防止厲事故腿電油厲索。不斷地改造\使發(fā)電設備穩(wěn)定可靠地運行。