解析小型轴流定桨式水轮机转轮检修改造 刘祥

解析小型轴流定桨式水轮机转轮检修改造刘祥

发表时间：2018-04-18T15:28:12.860Z 来源：《电力设备》2017年第31期作者：刘祥[导读] 摘要：能源是人类赖以生存的基本条件，全国水能资源的理论储藏量在6.94亿kW。

（国网四川省电力公司都江堰市供电分公司四川都江堰 611800）摘要：能源是人类赖以生存的基本条件，全国水能资源的理论储藏量在6.94亿kW。目前，我国的水能资源的开发率为31．5％，发展潜力较大。电子技术与机械技术的不断发展，使小型轴流定桨式水轮机在水电站中得到了广泛的应用。本文从增加水能转化率，减少水电站运维成本的角度入手，对总装机容量2400KW、单机800K的小型轴流定桨式水轮机转轮的检修改造技术方案进行分析，希望能够对同类

项目提供参考。

关键词：小型轴流；定桨式水轮机；检修改造 1.引言

转轮是水轮机的关键设备，水流进入封闭管道空间，在蜗壳作用下回流至导水机构，调速机构控制水流量，使水流推动桨叶，实现转轮旋转。水能向机械能转化，再由机械能向电能转化，当水轮机效率达到最高值时称为最优工况，此时的水流经过转轮和法向出口比较顺畅，水力损失最小。小型轴流式水轮机桨叶曲面是否合理直接影响不同的水流量作用下的能量转化率及水轮机使用寿命。为实现最优工况，通过转轮内轴套更换、叶片密封更换、活塞杆密封更换、活塞机构修复、轮毂修复等检修改造，确保转轮在不同的水流量作用下实现最大能量转化。

2.小型轴流定桨式水轮机的特点

定桨式水轮机改变桨叶角度主要采用两种方案：（1）定做多个转桨转轮，使桨叶角度按照预设水流量制作，桨叶角度有0度、5度, 10度、15度4种，需要调整桨叶角度时，暂停运转拆机并更换转轮。（2）定做一个转轮，转轮安排3组螺孔，用螺钉连接桨叶及转轮体。暂停运转拆机并变更桨叶与转轮螺钉孔方向，能满足0度、5度、10度3种桨叶角度更换。这种定桨式改变桨叶角度方案基本可以实现对大、中、小水流量控制桨叶角度的要求，但缺点在于只能阶梯式变换调节，对于持续性调节桨叶角度以及如何适应不同水流量的速度变化以及如何解决反复拆卸的费时费力问题矛盾突出。

3.水轮机主要技术参数

我厂为小水电站，总装机容量2400KW,单机800KW，水头7.3m。具体参数详见表1。

4.转轮结构及缺陷

水电厂1号机转轮结构由转轮体、叶片、桨叶操作接力器、操作机构、泄水锥等组成，叶片数为4片。转轮叶片受桨叶接力器和操作机构控制，桨叶接力器位于转轮体顶测，是有操作架的活塞运动式机构，通过M450型螺母将活塞杆与操作架进行固定，原厂家配备的专用螺母拆装工具没有使用过。该工具灵活性差，对于螺母处封闭性需重新检查、确认。叶片密封由金属弹性圈及其压环和密封垫组成，使用多道双向橡胶密封。转轮为充压式结构，轮毅中布满汽轮机油。机组已服役几十年，水轮机转轮没有进行过大修技改，出现叶片轴处的铜套磨损严重、密封漏油或进水、导叶密封压板凸出等问题。这些问题不仅不利于水电站安全运行，还会对环境造成破坏，亟待检修改造。

5.转轮检修改造

5.1转轮内轴套更换

经过长期运行，水轮机转轮轴套和止推轴承老化明显，桨叶及其操作机构与原始设计位置存在严重偏差，致使周边零件挤压受损。此次待更换的轴套原材料的性质不明，经检修人员研究，拟采用以离心力成型管状方法浇筑的高强度铜合金材料，以满足轴套强度标准，其优势为：

（1）承受低速重载荷性能较好。

（2）耐磨性能强。

（3）以离心力成型管状方法浇筑，致密缺陷少。

作为转轮分解前的准备工作，首先轴套应浇铸毛坯，为使轴套按期正常制作，确保足够加工余量，可以随机未注公差的名义尺寸为基准，实现轴套的装配使用标准，通过冷套加打骑缝螺钉方式提高轴套稳定性，确保在长期使用后不发生变形。

5.2叶片密封更换

采用耐低温丁腈橡胶加金属复合密封垫片双向密封的形式，以合理的密封件尺寸保证密封质量。密封作业时避免密封剂使用过量且未妥善清除，安装时应严格参照作业指导书密封。改造后的叶片密封可靠性更强，更换灵活，无论是耐压试验还是动作试验都能完全通过检测，密闭性较好，达到检修改造目的（图1）。

5.3活塞杆密封更换

图2为改造后活塞杆密封，其与原密封方式相似。鉴于改造后设计与改造前设计可能有一定的尺寸偏差，技术人员对改造后封压环增加了加工余量，以确保转轮实测尺寸符合要求。改造后的活塞杆密封性能更佳，无论是耐压试验还是动作试验都完全通过检测，符合检修质量标准。

5.4 活塞缸、活塞、活塞环修复

机组转轮拆卸后观察发现，油腔内有较多金属异物，且油泵反复开启才能确保正常油压，证明窜油量比较大。活塞、活塞环表面被金属异物划伤较多，已经对活塞及其构件造成严重破坏。水电厂拟继续利用活塞环，因活塞环为合金球墨铸铁材质，因此技术人员将活塞环进行手工或机械方法的打磨处理，对其位置进行调整，直至恢复活塞环性能。同样，活塞和活塞环通过个别位置补焊并打磨的措施予以修复改造。改造之后，桨叶启动油压0.25 MPa，油压缸保压0.9 MPa，在15min时间里没有发生窜油，上述指标均符合转轮油压试验和动作试验的要求。

5.5轮毂修复

经常年运行与消耗，轮毂过流面的桨叶进与出水边附近产生了许多空蚀。经技术人员研讨，制订了检修改造方案：对空蚀深度及面积测量，将测量结果列表记录，将空蚀区域打磨清根，然后将空蚀部位补焊。焊接前对焊接区域加热至 70℃，先焊接最深的对称区域，依次将余下全部区域焊接完成。补焊后进行手工或机械方法的打磨处理并进行表面渗透探伤检查。修复后效果良好,满足了检修改造标准。

5.6重要螺栓无损探伤

重要螺栓无损探伤具有准确性及可重复性。技术人员采用超声波检测与液体渗透检测相结合的方式，对叶片螺栓、主轴联接螺栓等重要的螺栓、螺母性能进行了无损探伤检查与清洗，证明该部分螺栓大多数仍可继续使用，对少量无法继续使用的螺栓进行及时更换。

5.7桨叶操作机构修复

桨叶操作机存在的问题有：连杆销与轮毅内壁发生摩擦，使轮毅内壁产生了最深约45mm的沟槽，油漆长时间内在轮毂油中浸泡造成漆面起泡，油漆碎屑浸入油系统引起污染，桨叶耳柄内轴套严重损伤，进水边有高温变色痕迹等。检修改造人员采用了缩小限位压板与连杆销的间隙，漆面进行手工或机械方法的打磨处理，表层涂抹防锈油进行防护，将限制位置的固定限位块的螺栓及空心内螺纹圆柱销和螺栓调换为硬度更高的实心不锈钢材质。

5.9 转轮整体翻身

技术人员选择三支点翻身工具，在拆卸泄水锥、桨叶和活塞杆后，将桨叶机构固定后就可以实现翻身。如图 3-图5显示，转轴a、b既能作为起吊销轴，也能作为支撑销轴。支座a、b位置较低，体积较小，翻身时所需空间较小，使转轮落地翻身所需空前为常规翻身的1/2。翻身安全性较高，便于卧式、立式状态的检修工作。