軸流轉槳式水輪機槳葉頻繁抽動的原因分析及處理

軸流轉槳式水輪機槳葉頻繁抽動的原因分析及處理

1槳葉頻繁抽動尼基煤礦位于河流上游的上游。這是一個河床電站。有四個一臺直徑為相同直徑的軸流旁通牒式水輪發(fā)電裝置。該裝置的型號為za343-lh-640，主電流為22.0m，主流量為317.533m。s.國內(nèi)重量：62.5mw，250mw。軸流轉槳式機組調(diào)速系統(tǒng)為雙調(diào)節(jié)調(diào)速系統(tǒng).調(diào)速器型號為DFWST-150-6.3-STARS,為微機調(diào)節(jié)器+電液隨動系統(tǒng)結構,電液隨動系統(tǒng)采用交流伺服電機+自復中直線位移轉換器+引導閥+主配壓閥+導葉/槳葉接力器結構,操作油為L-TSA-46號透平油,工作油壓6.3MPa,主配壓閥盤直徑150mm.尼爾基水輪機受油器主要部件有:上操作油管,上、中、下3道浮動瓦,上、下油缸,甩油盆等.其中3道浮動瓦是實現(xiàn)槳葉自動調(diào)節(jié)的關鍵,每道浮動瓦外緣與瓦座間設計有2mm總間隙,瓦端面設計為0.15～0.20mm間隙,使其能夠在瓦槽內(nèi)徑向滑動和微小軸向浮動,以降低操作油管擺動對瓦內(nèi)表面的沖擊破壞.整個槳葉調(diào)速系統(tǒng)包括壓力油源、槳葉調(diào)速器、受油器供排油管路、受油器、操作油管、槳葉接力器、槳葉操作機構等部分.尼爾基發(fā)電廠自2006年投產(chǎn)后,由于水庫來水量較少,機組一直在低水頭運行(設計運行水頭范圍9.91～33.2m).直到2009年8月首次運行在26～29m高水頭,巡回檢查發(fā)現(xiàn),2號機組水輪機在額定出力附近時,槳葉反饋傳感器顯示槳葉開度有較大幅頻繁擺動(每秒1次以上),同時觀察到槳葉手動操作把手同樣在反復不停地抽動.而此時導葉的位置卻十分穩(wěn)定.由于槳葉頻繁抽動造成壓力油罐油面下降很快,油泵不停地啟動,很快造成整個調(diào)速系統(tǒng)油溫過高,實測油溫達到60℃以上,嚴重影響機組安全運行.其他3臺機組槳葉也有不同程度的抽動現(xiàn)象,每臺機組的運行工況和抽動頻率不同.2號機停機檢查發(fā)現(xiàn):機械零件無異常;槳葉反饋傳感器和槳葉調(diào)速系統(tǒng)信號無異常;自復中裝置、引導閥等動作靈活,無異常;試驗槳葉調(diào)速器零位漂移正常;協(xié)聯(lián)參數(shù)檢查也正常.2號機重新開機試驗,從機組空載運行到并網(wǎng)逐步增加負荷,一直將負荷調(diào)整到50%額定出力附近,槳葉可自動穩(wěn)定運行.繼續(xù)向上增加負荷,槳葉開始出現(xiàn)抽動現(xiàn)象.達到額定出力時抽動現(xiàn)象更加明顯,此時將調(diào)速器槳葉控制按鈕切至機、手動狀態(tài),發(fā)現(xiàn)槳葉開度明顯開始下降,下降至一定開度后才實現(xiàn)穩(wěn)定.試驗結果表明,機組出力即流量變化對槳葉的抽動有直接影響,流量和水頭共同作用下的水推力與槳葉的操作力矩有相互影響.繼續(xù)對2號機進行試驗,觀察槳葉開關腔管路壓力變化,手動操作開啟槳葉然后復歸,發(fā)現(xiàn)開側腔管路壓力快速降至零.推測槳葉開側的調(diào)速系統(tǒng)存在嚴重漏油現(xiàn)象,致使在槳葉受到水流偏關力矩的作用下不能實現(xiàn)儲能和穩(wěn)壓,造成開側腔的油壓泄露,引起槳葉向?qū)嶋H的偏關位置漂移.調(diào)速器在自動運行工況下由于槳葉開度與導葉開度要保持一定的協(xié)聯(lián)關系,所以當槳葉向關側漂移時,超出調(diào)速器設定的范圍后,槳葉的調(diào)節(jié)系統(tǒng)就自動調(diào)整槳葉的開度直至滿足協(xié)聯(lián)關系,如此反復就造成槳葉的頻繁抽動.在調(diào)速器機、手動狀態(tài)下槳葉的開度下降一定程度后水推力對槳葉形成的偏關力矩與槳葉改變位置后的油壓對槳葉的力矩實現(xiàn)平衡,槳葉就達到了穩(wěn)定.2浮動瓦與操作油管配合間隙的安裝設計槳葉抽動的原因就是槳葉調(diào)速系統(tǒng)存在嚴重漏油點.通過查閱相關文獻、圖紙,經(jīng)分析,初步認定漏點可能出現(xiàn)在受油器的浮動瓦、槳葉接力器的上蓋板的復合密封及上蓋板法蘭處.通過對2號機組分解檢修,首先發(fā)現(xiàn)槳葉抽動的直接原因是受油器上、中、下3道浮動瓦軸向密封嚴重失效,3道瓦內(nèi)表面和上操作油管對應表面均有嚴重刮痕和凹凸,并有燒瓦跡象;浮動瓦端面也有明顯的刮痕和毛刺;實測上操作油管工作面以及浮動瓦的端面均有一定橢圓變形.浮動瓦在設計上既需要有良好的密封性,又要有良好的浮動性以減小在運行過程中磨損.所以浮動瓦的端面間隙以及與操作油管的配合間隙不能過大和過小.原設計的端面間隙為0.15～0.20mm,通過對浮動瓦端面的磨損嚴重程度及瓦端部出現(xiàn)變形情況的分析,設計間隙可能偏小,在某些工況下會產(chǎn)生卡阻,無法實現(xiàn)瓦的自由浮動.原設計的浮動瓦與操作油管配合間隙為0.10～0.16mm,對于操作油管的轉動與軸向移動,配合間隙應該滿足使用要求.但是從瓦與操作油管的表面均有嚴重的刮痕與凹凸不平情況分析,可能是機組運行初期油質(zhì)不好,油內(nèi)混有硬質(zhì)雜質(zhì)如鐵屑造成.有燒瓦的跡象應該是機組運行中軸電流超標放電造成.操作油管有局部的變形,經(jīng)過測量操作油管的壁厚只有12～14mm,可能是管壁太薄使上操作油管在加工中就已經(jīng)產(chǎn)生橢圓變形,或者在運行中由于強度不夠而產(chǎn)生橢圓變形,再加上機組運行中的擺度過大,都加劇了操作油管與浮動瓦的互相磨損.在隨后的分解過程中又發(fā)現(xiàn)設計上的缺陷.1)槳葉接力器上蓋板法蘭處密封位置錯誤.正常密封條應該裝在法蘭螺栓的內(nèi)側,以保證槳葉接力器上腔與主軸回油腔間的密封,但密封卻裝在了螺栓的外側,起不到上腔與回油腔密封的作用,導致機組運行中接力器上腔(即槳葉的開側腔)密封不嚴,發(fā)生泄壓現(xiàn)象.2)上蓋板的復合密封圈有刮痕和缺肉的現(xiàn)象.刮痕同樣是運行初期油質(zhì)不好造成的.而上活塞桿與下操作油管的法蘭結合面沒有導角,在安裝過程中使上蓋板與上活塞桿間的復合密封圈發(fā)生損壞.密封圈缺肉可能是安裝過程中由于法蘭缺少導角,在上蓋板套入上活塞桿的過程中發(fā)生輕微碰撞導致的.3浮動瓦密封調(diào)整鑒于以上對受油器部分的分析,參考相關文獻,并通過與制造廠家協(xié)商,可采取以下改造措施.1)為保證浮動瓦運行中的自由浮動性,將瓦端面間隙進一步增大,調(diào)整為0.20～0.25mm,并在安裝前進行預裝,保證工人用手能夠自由推動浮動瓦.2)在浮動瓦內(nèi)徑上增加3條減壓槽,增加油流阻力和保證軸瓦間的潤滑,在不降低原徑向端面密封的基礎上,減小兩腔之間竄油或向油缸外竄油.3)浮動瓦上端面和下端面各加設一道密封槽,裝密封膠條預設極微小壓縮量.也可不裝設密封條,僅當作一道減壓槽.在不影響瓦擺動下增強端面油流阻力提高密封效果.4)操作油管壁厚由12～14mm增為18～20mm,提高油管的剛性強度,防止加工過程中以及運行中碰撞引起變形,保持浮動瓦與操作油管轉動過程中的圓滑.5)在接力器上蓋板螺栓內(nèi)側重新加工一道密封,在接力器活塞桿與操作油管的法蘭外緣加工倒角.安裝時在倒角處涂抹透平油并嚴格控制上蓋板套入槳葉接力器桿時的穩(wěn)定,防止碰撞損傷復合密封圈.6)為減小機組運行過程操