水轮机机组抗磨板隐患处理

水轮机机组抗磨板隐患处理一、概况某抽水蓄能公司装有4台300MW的立轴单级混流可逆式机组，于2009年开始投产。其3号机组控制环由法国阿尔斯通公司制造，直径4840mm,高710mm,重达25吨，是我国同类抽水蓄能机组中直径、重量最大的控制环之一。系统通过接力器操纵控制环带动拐臂调节导叶开度，以此调节流量实现机组负荷调整。机组运行过程中，接力器随负荷动作，为保证控制环动作平稳，在水轮机顶盖上均匀设置8个固定限位压块与控制环配合，在每个挡块与控制环的立面及下端面各加装抗磨板。二、机组控制环与抗磨板运行情况每台机组控制环立面抗磨板8块，下端面抗磨板8块（上端面无），共16块抗磨板沿控制环圆周八个点均匀分布。立面抗磨板下端面抗磨板固定压块顶盖控制环（抗磨板装配示意图）据悉3号机组投产以来，调速器系统及导水机构运行较稳定，未发生连接件及抗磨件异常磨损情况，由于莲蓄公司担任华中电网调峰填谷、调频、事故备用任务较重，机组启停较为频繁。2015年6月期间，在机组日常维护中发现导叶控制环立面有划痕现象（初步怀疑为抗磨板连接销钉导致的划痕），#1、#2、#3、#4、#5、#8端面及立面抗磨板均完好。#6立面抗磨板有轻微破损，端面完好（如右上图）；#7立面抗磨板已脱出一大块，固定抗磨板的沉头内六角螺栓断裂6余个，端面完好（如右下图）。将控制环顶起后发现，固定抗磨板的沉头内六角螺栓断裂120个中断裂接近50个，部分抗磨板磨损值超过2mm。由于抗磨板磨损严重，且抗磨板脱落移位。在机组运行中控制环倾斜、偏离中心，会导致整个导水机构动作迟缓、控制环跳动，甚至会使导叶拐臂连接板别劲，导致剪断销剪断、拐臂连接板断裂、接力器活塞杆拉伤等设备事故。严重影响了机组的稳定运行与电厂的安全生产。三、控制环抗磨板磨损原因分析原设计抗磨板材质为尼龙橡胶合成非金属耐磨材质，在常温下塑性较好，摩擦系数低的特点。根据机组现场检修的实际情况分析，由于莲蓄公司担任华中电网调峰填谷、调频、事故备用任务较重，机组启停较为频繁，导致控制环频繁动作。由于导叶控制环运动具有低速度、重荷载、频繁启功、易出现冲击荷载的特点，尼龙橡胶合成非金属耐磨材质的抗磨板在前一次动作产生热量未散尽，下一次动作又马上进行，加上机组运行后产生的油污，使材质发生软化、老化损坏。当磨损厚度较大时固定抗磨板的沉头螺钉外露，在控制环运动形成的摩擦力作用下导致被剪断，致使抗磨板脱落，以及划伤控制环端面。综上抗磨板材质在稍遇高温与油污的共同作用下，是导致抗磨板磨损变形的根本原因。四、抗磨板更换4.1为消除控制环抗磨板损坏的根本原因，增强控制环动作灵敏性，莲蓄公司决定将控制环抗磨板更换项目交于我公司处理。3号机组控制环立面抗磨板8块，下端面抗磨板8块，共16块抗磨板沿控制环圆周八个点均匀分布。现准备将控制环抗磨板更换成FZ-6（铜磨炼金、碳粉、石墨）合成金属材质。在开工前，针对控制环抗磨板的磨损情况，我公司根据莲蓄公司导水机构装配相关图纸，对控制环各部位实际尺寸数据进行仔细检查测量并记录存档，与安装尺寸对照确定各相连部件拆卸顺序及控制尺寸。对接力器水平度，接力器压紧行程，导叶在全关位置处的控制环与侧抗磨瓦间隙等在拆卸前进行了仔细测量。4.2数据测量后，先开蜗壳进人孔门，在导叶全关状态下将活动导叶捆绑。测量导叶端、立面间隙并记录。防止活动导叶连扳拆除后活动导叶移位，用两个卡扣连接钢丝绳导链葫芦将活动导叶1/4和3/4高度捆绑固定于固定导叶（钢丝绳和每个活动导叶间竖直放置一根木板）如右图。导叶捆绑后，将水车室走道平台拆除，控制环压板拆除。水车室内电缆盒及导叶剪断销信号器拆除（平台连接处、压板及信号器对应标记）。拆除1#-20#活动导叶连杆销、制动板、偏心销及连杆连接螺栓等部件，将上、下连接杆移除（对应各部件标记）。将两个接力器销钉移除，借助导链葫芦将接力器连扳悬挂于水车室环形桥机，使用绳索等工具将连扳移动至控制环外围位置并牢靠固定。利用载荷50t千斤顶平衡置于控制环三个方位。由于控制环外围高度高，枕木叠加过多容易倾斜导致顶起不安全，我公司自行设计了三个高550mm、直径120mm、接触面360mm×300mm的多层钢管焊接的支撑平台（如右图），缓慢将控制环顶起200mm至500mm高度，并利用枕木可靠固定于顶盖上方位置（顶起前控制环与顶盖间各位置做好标记，以便回装至原位）。4.3将各位置端面及立面共16块抗磨板进行了拆除，并取出50余个断裂沉头内六角螺栓，并利用丝锥对螺纹进行了修复；根据安装图纸要求的侧抗磨板瓦径向间隙为0.2±0.1mm,针对此技术要求，根据拆除前间隙测量数据，决定对8块抗磨板做垫加相应厚度铜片的处理（如右上图）。垫加铜片后，将FZ-6（铜磨炼金、碳粉、石墨）合成金属材质的抗磨板安装上，并保证了160颗沉头螺钉下沉深度符合相关技术要求（如右图）；在抗磨板安装完毕并通过验收后，将控制环回落。使用三台千斤顶相互配合泄压缓慢下落，并用合适方木缓慢逐级将控制环落回至原来位置。在下落过程中，由于千斤顶泄压下落速度有轻微不同步的情况，使得控制环中心偏移，导致控制环与抗磨板立面间隙分布不均的现象。由于控制环重达二十五吨、水车室内无固定吊点，而且为满足侧抗磨板瓦径向间隙为0.2±0.1mm，这就使得抗磨板与控制环立面间隙做精细的调整很棘手。经过工作小组的研究探讨，创新性是自制了“顶丝”的检修小发明（如右上图）！通过“顶丝”作用于控制环四个方位，在“顶丝”螺杆旋转前进的过程中，强迫控制环发生水平移动。用塞尺测量8块侧抗磨板瓦径向间隙，在确定间隙调整值后，配合百分表，能够简单精准控制间隙调整量，从而校准控制环中心，保证控制环与抗磨板立面间隙满足相关技术要求。4.4利用葫芦绳索、千斤顶等工具将接力器连板移回至原位置，由于连扳与控制环之间销钉孔不能完全同心，现场借助千斤顶与枕木配合方式，利用外力将其移到同心位置（如右图）；活动导叶连扳及小导叶限位杆回装中，对应各活动导叶部件原标记，将1#-20#活动导叶上、下连接杆连连接螺栓杆销、制动板、偏心销等部件回装，并将连接板连接部位原有钢板位把合锁定；控制环压板及水车室平台回装。4.5调速器建压，操纵导水机构开启关闭导叶，检查导水机构各部件动作正常，导叶立面间隙复测符合要求。五、结束语本次抗磨板更换项目，其采用抗磨板的FZ-6（铜磨炼金、碳粉、石墨）合成金属材质与尼龙橡胶合成非金属耐磨材质相比，FZ-6（铜磨炼金、碳粉、石墨）合成金属材质有耐温范围大，不会受热变形，功载及静载负荷大的特点，同时基质内添加石墨产生自润滑效果，更适合控制环频繁功作的工况。控制环抗磨板更换是一项细致繁琐的工作，其每一步都倾注了工作人员的汗水和智慧，经过一丝不苟地严格按照规程和标准进行精心施工和安装调试，加上与业主公司、监理的通力协作，安装取得了工期短，质量好的好成绩，为后续同机组类型的安装积累了宝贵的经验。