水轮机过流部件优化设计及更新改造的研究

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1、水轮机过流部件优化设计及更新改造的研究高州市马贵镇三角湾水电有限公司广东高州525237摘要：对水轮机过流部件存在的问题进行分析、优化及改造尤为重要。文章结合工程实例，分析了该水轮机过流部件改造前存在的问题，探讨了过流部件的优化改造措施，并结合运行情况，对过流部件的改造效果进行了评估，可为解决水轮机过流部件质量问题提供一定的理论依据，供类似工程项目参考借鉴。关键词：水轮机过流部件；质量问题；优化改造；效果评估我国水电资源丰富，近几年来，越来越多的水电站相继投产发电，水电站的安全运行与水轮机能否正常工作是分不开的。其中，水轮机转轮、顶盖、底环、导叶等过流

2、部件对于水轮机的正常运行有着重要的作用，这些过流部件的质量影响着机组发电效率以及水电站的正常运转，是一个关系水轮机安全运行的重要而特殊的问题。水轮机过流部件的优化设计及改造，对于保障水轮机过流部件质量，提高水电站的经济效益和延长机组寿命、促进国民经济的发展有着极其重要的意义，同时也是困扰水电站的工作人员和急待解决的难题。1工程概述某电站以发电为主，同时发挥防洪、灌溉等综合作用。电站机组除3号机转轮外，所使用的还是20世纪60、70年代的机组设备，经过40余年的长期服役，机械部件受气蚀、磨损、锈蚀等问题影响，部件老化严重。随着科学技术的发展，水力发电设备

3、设计、制造、材料和工艺水平均有大幅提高。水电厂就3号机过流部件改造进行了广泛调研，联合设计单位进行技术攻关，于2013年5月成功完成了3号机过流部件的更新改造，同时达到了提高设备性能和节水增效的目标。表1主要过流部件改造前后材质对照表图1导叶限位装置装配示意图2过流部件改造前存在的问题(1)限于当时的材料技术水平，3号机过流部件材质落后，原顶盖、底环过流面及导叶材质均为无抗气蚀、抗腐蚀性能的普通碳钢材料(Q235B),多年运行下来，顶盖、底环的过流面以及导叶表面己经在气蚀、磨损及腐蚀的联合破坏下受损严重。(2)导叶立面密封采用传统的橡胶密封型式，密封效

4、果不佳且橡胶条易老化、易损坏。原导叶端面设计有橡胶密封，在长期运行中顶盖、底环表面密封槽U己经腐蚀破坏，导叶早己没有端面密封，由此产生的间隙气蚀问题，使导叶端面和顶盖、底环过流面破坏加剧，端面间隙增大。(3)导叶密封装置效果不理想，端面间隙增人等问题导致机组停机时导叶漏水量增大。根据改造前导叶漏水量测定结果，某地3号水轮机在额定水头下，导叶漏水量为2.3987m3/s，是标准要求漏水量0.339m3/s(额定流量的3‰)的7倍之多。(4)原导叶轴套及导叶连杆轴套均采用尼龙1010材质，这种材料抗磨性差，检修后不久轴承配合间隙就会发生变化，

5、另外这种材料遇水易膨胀苏吸水率高达0.5%〜1.0%,因此安装吋为了防止轴套抱轴，导叶卡死等事故，导叶与轴套配合间隙往往取值较大。尼龙轴套的这些特性导致导叶失去原奋的定位能力，使水轮机停机吋导叶关闭不严引起导叶漏水。(5)原主轴密封为尼龙密封块平面密封，密封块靠弹簧顶起与转换接触封水，但由于弹簧弹力不均造成密封块偏磨，且尼龙材质较硬，长期运行造成转环接触面磨出沟痕，加剧了密封块本身磨损，使密封封水效果不理想。3过流部件的优化设计鉴于机组过流部件存在的种种问题，结合本次3号机组技术改造，对过流部件进行了全面的更新改造。改造范围包括：底环、活动导叶、顶盖、

6、套简、导叶臂、双联臂、轴套等。改造应用了一些新技术，对一些部件进行了优化设计，各部件使用的材料及部件性能均有不同程度提高(见表1)。详细情况如下：3.1底环(1)原底环受限于当时的运输条件采用两瓣现场拼装，而新底环采用整圆结构，有利于提高底环的安装质量和稳定性。(1)新底环过流面采用高强耐磨不锈钢板S135,止漏环采用不锈钢板0Crl8Ni9,人幅提高了底环过流面的抗气蚀、抗磨损、抗腐蚀性能。(2)原底环在侧面与座环的接缝处设置了4个φ30的骑缝圆柱销，销孔与柱销皆因腐蚀定位能力差。新底环销钉位置改在底环套简孔内底面上，定位能力更好。3.2导叶

7、(1)导叶的设计使从全开度位置至空载开度位置范围内，导叶的水力矩特性具冇自关闭的趋势。(2)导叶最大可能开度为最大设计开度(额定水头、额定出力工况下)的1.05倍，并设奋可靠的双向限位装置(见图1)。限位装置由焊接在导叶臂上的限位块和螺栓连接在套简上的双向挡块组成，当导叶臂剪断销破断吋，限位块被挡在两个挡块中间区域内，限制导叶位置使其不会碰撞转轮。(3)导叶材质由原普通铸钢(ZG20MnSi)铸造升级为全不锈钢(ZG06Crl3Ni4Mo)铸造，存效提高导叶抗气蚀、抗磨损、抗腐蚀性能。(4)导叶立面密封由原橡胶密封改为S前成熟且流行的立面金属密封技术，

8、导叶头尾搭接密封面接触紧密，调整合格后密封效果优于橡胶密封且不存在橡胶密封脱落、老化失效等问题