关于防汛自备电站水轮机蜗壳偏移事故的初步分析及加固处理实用版

YF-ED-J6642

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关于防汛自备电站水轮机蜗壳偏移事故的初步分析及加固处理实用版

In Order To Ensure The Effective And Safe Operation Of The Department Work Or Production, Relevant Personnel Shall Follow The Procedures In Handling Business Or Operating Equipment.

（示范文稿）

二零XX年XX月XX日

关于防汛自备电站水轮机蜗壳偏移事故的初步分析及加固处理实

用版

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摘要本文摘要介绍潘家口防汛自备电站水

轮机蜗壳，在安装之后空载试运行中，发生倾

斜，造成转轮严重磨损的重大事故.后经有关专

家及工程技术人员多次分析研究，找出了事故

的原因，并提出了恰当的加固方案，使问题很

快得到妥善解决，机组恢复正常运行.

关键词：水轮机蜗壳发生倾斜加固处理

一、概况

潘家口防汛自备电站，为了解决防汛自备

电源问题，自筹资金两千多万元，兴建两台400kw 型号为HLZ％W的水轮发电机组位于潘家口水库主坝29 —31洪底孔1号孔的下游侧，机组为上进水，最高水位224 7m，下游水位1 sm，最高水头54100m ，两台机组年发电量约为SO0kWl，建设工期为lls个月，自1995年8月16日正式开工兴建，1996年7月27日提前建成并进行空载试运行.

二、事故的发生及危害

1996年7月27日，下午3点机组空载试运行，开始听到转动有磨擦声音，半小时后闻到烧像皮气味，立即停机，拆开转轮发现转轮多处磨损，主轴密封环的上下45度方向磨损，转轮疏齿被磨损并变形.根据上述情况，两台机组蜗壳有报废的可能，将造成更大经济损失.水轮

机不能正常运转，必须分析原因，进行加固处理。

三、原因分析

制造厂设计人员、监理工程师和业有关技术人员，经过近半个月的分析研究，一致认为如果处理不得当，将造成两台蜗壳报废，损失近千万元.当时共提出两种方案，一是认为蜗壳本身刚度不够，所以在充水时，造成蜗壳局部变形，必须加固蜗壳.但加固蜗壳有很大的风险性，另一种意见认为蜗壳最大断面直径为

12m，材质为 1～ 6m厚的A3钢板，最大水头70Zzn，加水击压力为10m，出厂时曾傲过

16IPa的水压试脸，认蜗壳本身的强度和刚度是够的，主要问题有两点：其一，蜗壳进口采取上进水，而且由于受坝缝的限制，必经在蝶

阀和蜗壳之间设一道伸缩节.这样，蜗壳上端在充水时，近似于自由端，全部水推力靠基础平衡；其二，是蜗壳下支座非常薄弱，在蜗壳与基础之间，仅用两块厚为 35 的钢板连接，而且还是直立的，抗弯能力很差，经不起来自上端较大的倾复力矩的作用，当机组充水后，却产生了较大的弹性变形，使蜗壳整体向水流方向倾斜一个角度，造成了上述事故的发生。为了方便分析，在蜗壳周围分设14块千分表，多次做蜗壳充水试验，证实上述原因的分析是正确的.。

四、处理方案

1、理论根据

根据上述分析，造成事故的原因，一是蜗壳上进水近似于自由端，蜗壳进水口端的水平

推力只能靠下部支座来平衡。二是蜗壳的下部支座、断面小而直立。抗弯能力差为了解决上述问题，必经进行详细的结构计算，最好是用空间有限元法计算，把各部位的变形和蜗壳刚度都精确地计算出来，采取恰当的处理方案。但由于工期紧，计箕时间较长，如果能采取简化计算，能说明结构缺陷，达到加固的的目的.保证机组安全运行，即使多用点加固材料，这样机组能提前投产，也是经济的。本着这个思想，为便于分析可把蜗壳简单地成一个刚体，整个蜗壳安装后，简化成一个看悬特杆件、一端是自由端，另一端是固定端，上端在蜗壳充水时有一个水平推力，在此力的推动下，蜗壳发生弹性变形，经过蜗壳多次充水试验，证实基本与实际相符。

2、处理方案

（l）加大并加高蜗壳基础

根据计算，机组在承受最高水位甩负荷时，轴向水平推力为16Jr，这个力大都由新增大的基础来承担，这时要求墓础必须坚固可靠，且有适当的安全系数.但受场地的限制，靠蝶阀一侧，只能加长90mm 加高10cm的混凝土基础，靠调速器一侧，即蜗壳的右侧只能加长70cm，加高 50cm的混凝土基础，在考虑混凝土基础上，为使新基础靠，在老混凝土基础上，铺一块厚基础钢板，再用32螺纹钢筋将该基础板加固在老混凝土基础上，然后每侧用三块厚为30Inm的加强钢板，一端焊接在蜗壳上，另一端焊接在基础板上，并将插筋搭接焊成钢筋网格，每根钢筋分别同三块加强板焊牢，然后

周围用5m厚的钢板做混凝土模板，在中间浇筑特种混凝土，（流态、早强、微膨胀、粘结力强的混凝土）在整个加固过程中，始终坚持用千分表监视蜗壳变形，以防止过大的永久变形，造成整个加固工程失败.

（2）平衡蜗壳进口水平推力

根据公式乒PL地EI ，为弥补基础加固高度不够的缺陷，尽量减小水平推力P值.在蜗壳进口钢管中心线上，厂房侧墙上，安装一根顶杠，用于平衡该水平推力，一端安装在混凝土侧墙底座上，另一端与蜗壳相连.在墙上设基础板，用插筋加固在墙上.跟蜗壳相连处，也用加强板和垫板基础加固。

五、加固施工

1、基础加固

经过近 1个月紧张的加固工作，首先在加固部位，打耐 40 的插筋孔，左边 24 孔，右边18孔，孔距和排距20～30，在基础板的四周插中带螺扣的插筋，其余插人中32 的螺纹钢筋，插人老基础混凝土0Inl深。在插人的一端，钢筋作劈头加契子，埋人时将孔内灌砂浆，并用大锤破击使之加固牢靠，等砂浆达到一定强度后，将基础板，按插筋孔的位置，割孔并放在老混凝土基础上，抹细石混凝土垫层，再将基础板套上插筋放到混凝土垫层上，再用螺丝帽将基础板压紧，并且用水平尺找平。等混凝土到强度，用千斤顶作拉伸试验，每根插筋可承受 20T拉力然乒先将三块加强钢板焊接到蜗壳上，焊接要特别注意焊接工艺防止蜗壳出现过大焊接变形，采用了先在蜗壳上