轴流转桨式水轮机桨叶频繁抽动的原因分析及处理

轴流转桨式水轮机桨叶频繁抽动的原因分析及处理

1桨叶频繁抽动尼基煤矿位于河流上游的上游。这是一个河床电站。有四个一台直径为相同直径的轴流旁通牒式水轮发电装置。该装置的型号为za343-lh-640，主电流为22.0m，主流量为317.533m。s.国内重量：62.5mw，250mw。轴流转桨式机组调速系统为双调节调速系统.调速器型号为DFWST-150-6.3-STARS,为微机调节器+电液随动系统结构,电液随动系统采用交流伺服电机+自复中直线位移转换器+引导阀+主配压阀+导叶/桨叶接力器结构,操作油为L-TSA-46号透平油,工作油压6.3MPa,主配压阀盘直径150mm.尼尔基水轮机受油器主要部件有:上操作油管,上、中、下3道浮动瓦,上、下油缸,甩油盆等.其中3道浮动瓦是实现桨叶自动调节的关键,每道浮动瓦外缘与瓦座间设计有2mm总间隙,瓦端面设计为0.15～0.20mm间隙,使其能够在瓦槽内径向滑动和微小轴向浮动,以降低操作油管摆动对瓦内表面的冲击破坏.整个桨叶调速系统包括压力油源、桨叶调速器、受油器供排油管路、受油器、操作油管、桨叶接力器、桨叶操作机构等部分.尼尔基发电厂自2006年投产后,由于水库来水量较少,机组一直在低水头运行(设计运行水头范围9.91～33.2m).直到2009年8月首次运行在26～29m高水头,巡回检查发现,2号机组水轮机在额定出力附近时,桨叶反馈传感器显示桨叶开度有较大幅频繁摆动(每秒1次以上),同时观察到桨叶手动操作把手同样在反复不停地抽动.而此时导叶的位置却十分稳定.由于桨叶频繁抽动造成压力油罐油面下降很快,油泵不停地启动,很快造成整个调速系统油温过高,实测油温达到60℃以上,严重影响机组安全运行.其他3台机组桨叶也有不同程度的抽动现象,每台机组的运行工况和抽动频率不同.2号机停机检查发现:机械零件无异常;桨叶反馈传感器和桨叶调速系统信号无异常;自复中装置、引导阀等动作灵活,无异常;试验桨叶调速器零位漂移正常;协联参数检查也正常.2号机重新开机试验,从机组空载运行到并网逐步增加负荷,一直将负荷调整到50%额定出力附近,桨叶可自动稳定运行.继续向上增加负荷,桨叶开始出现抽动现象.达到额定出力时抽动现象更加明显,此时将调速器桨叶控制按钮切至机、手动状态,发现桨叶开度明显开始下降,下降至一定开度后才实现稳定.试验结果表明,机组出力即流量变化对桨叶的抽动有直接影响,流量和水头共同作用下的水推力与桨叶的操作力矩有相互影响.继续对2号机进行试验,观察桨叶开关腔管路压力变化,手动操作开启桨叶然后复归,发现开侧腔管路压力快速降至零.推测桨叶开侧的调速系统存在严重漏油现象,致使在桨叶受到水流偏关力矩的作用下不能实现储能和稳压,造成开侧腔的油压泄露,引起桨叶向实际的偏关位置漂移.调速器在自动运行工况下由于桨叶开度与导叶开度要保持一定的协联关系,所以当桨叶向关侧漂移时,超出调速器设定的范围后,桨叶的调节系统就自动调整桨叶的开度直至满足协联关系,如此反复就造成桨叶的频繁抽动.在调速器机、手动状态下桨叶的开度下降一定程度后水推力对桨叶形成的偏关力矩与桨叶改变位置后的油压对桨叶的力矩实现平衡,桨叶就达到了稳定.2浮动瓦与操作油管配合间隙的安装设计桨叶抽动的原因就是桨叶调速系统存在严重漏油点.通过查阅相关文献、图纸,经分析,初步认定漏点可能出现在受油器的浮动瓦、桨叶接力器的上盖板的复合密封及上盖板法兰处.通过对2号机组分解检修,首先发现桨叶抽动的直接原因是受油器上、中、下3道浮动瓦轴向密封严重失效,3道瓦内表面和上操作油管对应表面均有严重刮痕和凹凸,并有烧瓦迹象;浮动瓦端面也有明显的刮痕和毛刺;实测上操作油管工作面以及浮动瓦的端面均有一定椭圆变形.浮动瓦在设计上既需要有良好的密封性,又要有良好的浮动性以减小在运行过程中磨损.所以浮动瓦的端面间隙以及与操作油管的配合间隙不能过大和过小.原设计的端面间隙为0.15～0.20mm,通过对浮动瓦端面的磨损严重程度及瓦端部出现变形情况的分析,设计间隙可能偏小,在某些工况下会产生卡阻,无法实现瓦的自由浮动.原设计的浮动瓦与操作油管配合间隙为0.10～0.16mm,对于操作油管的转动与轴向移动,配合间隙应该满足使用要求.但是从瓦与操作油管的表面均有严重的刮痕与凹凸不平情况分析,可能是机组运行初期油质不好,油内混有硬质杂质如铁屑造成.有烧瓦的迹象应该是机组运行中轴电流超标放电造成.操作油管有局部的变形,经过测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经产生椭圆变形,或者在运行中由于强度不够而产生椭圆变形,再加上机组运行中的摆度过大,都加剧了操作油管与浮动瓦的互相磨损.在随后的分解过程中又发现设计上的缺陷.1)桨叶接力器上盖板法兰处密封位置错误.正常密封条应该装在法兰螺栓的内侧,以保证桨叶接力器上腔与主轴回油腔间的密封,但密封却装在了螺栓的外侧,起不到上腔与回油腔密封的作用,导致机组运行中接力器上腔(即桨叶的开侧腔)密封不严,发生泄压现象.2)上盖板的复合密封圈有刮痕和缺肉的现象.刮痕同样是运行初期油质不好造成的.而上活塞杆与下操作油管的法兰结合面没有导角,在安装过程中使上盖板与上活塞杆间的复合密封圈发生损坏.密封圈缺肉可能是安装过程中由于法兰缺少导角,在上盖板套入上活塞杆的过程中发生轻微碰撞导致的.3浮动瓦密封调整鉴于以上对受油器部分的分析,参考相关文献,并通过与制造厂家协商,可采取以下改造措施.1)为保证浮动瓦运行中的自由浮动性,将瓦端面间隙进一步增大,调整为0.20～0.25mm,并在安装前进行预装,保证工人用手能够自由推动浮动瓦.2)在浮动瓦内径上增加3条减压槽,增加油流阻力和保证轴瓦间的润滑,在不降低原径向端面密封的基础上,减小两腔之间窜油或向油缸外窜油.3)浮动瓦上端面和下端面各加设一道密封槽,装密封胶条预设极微小压缩量.也可不装设密封条,仅当作一道减压槽.在不影响瓦摆动下增强端面油流阻力提高密封效果.4)操作油管壁厚由12～14mm增为18～20mm,提高油管的刚性强度,防止加工过程中以及运行中碰撞引起变形,保持浮动瓦与操作油管转动过程中的圆滑.5)在接力器上盖板螺栓内侧重新加工一道密封,在接力器活塞杆与操作油管的法兰外缘加工倒角.安装时在倒角处涂抹透平油并严格控制上盖板套入桨叶接力器杆时的稳定,防止碰撞损伤复合密封圈.6)为减小机组运行过程操