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水輪（lún）發電機組缺陷（xiàn）的處理與（yǔ）改造（zào）
摘要：為了徹底解決水輪（lún）發電機組在運行過程中出現的（de）問題，魏家堡水電站針（zhēn）對水輪發電機存在的汽蝕嚴重、機組（zǔ）振動大、頂蓋排水困難、上導油盆甩油嚴重及定子（zǐ）溫升偏高等缺陷，通（tōng）過應用新技術等措施，較好的解（jiě）決了問題。

關鍵詞：水輪發電機汽蝕振動頂蓋排水甩油

魏家堡水電（diàn）站位於陝（shǎn）西省眉縣境內，是一座渠道引水式電站，裝機容（róng）量（liàng）為（wéi）3×6300kW，發電機型號為（wéi）SF6300-10/2600,設計水頭96.2m，機組轉速600r/min。電站自投產以來，一直存在著設備缺陷（xiàn），設備帶病運行，威脅著**生產，影響了效益的充（chōng）發揮（huī）。通過采取綜合技術（shù）措施加以治理，取（qǔ）得了顯著效果。

一、水輪機轉輪（lún）改造

1存在的問題

電（diàn）站建成之初，經過2800h的運行，出現了負荷帶不上去、動平衡嚴重失衡、機組振動（dòng）劇烈、不鏽鋼轉輪汽蝕嚴重，出現部位（wèi）均在轉輪葉片進水邊（biān）上下麵和轉輪室與底環接縫處（chù），其中葉片進水邊上下麵*大剝蝕麵積30cm×14cm，汽蝕深度（dù）3-5mm，沿進（jìn）水邊呈帶狀分布；轉輪室與底環（huán）接縫處的汽蝕（shí）均出現在+x方向，麵積30cm×2cm，*深處達3cm。另外（wài）轉輪其他部位不同程度（dù）存在蜂（fēng）窩狀坑，直徑4-8mm,轉（zhuǎn）輪直徑減小了（le）11-20mm。

汽蝕（shí）已成為當（dāng）代水電站運行中普遍而突出的技術難題。產生汽蝕的（de）原因很多（duō），情況各異（yì）。水量、水溫、含沙（shā）量、運行情況、材料等（děng）不同對汽蝕形成（chéng）及破壞也不相同。依據該站的實際情況分析研究要解決汽蝕的問題，重（chóng）點應放在優化參數及材料選擇上。

2轉輪技術改造方案

經過多次研（yán）究，確定以降低（dī）汽（qì）蝕係數為出發點。根據電站的主要技術參數，設計製造了適合電站水力條件的新型轉（zhuǎn）輪。主（zhǔ）要做了如下改造：

2.1優化水輪機（jī）參數，從冀線（xiàn）上著手，改進出水角度（dù），使過水流速由原來的33m/s降至27m/s，降低了相對流速，提高了反擊效率，減少了進（jìn）口撞擊損失。

2.2擴大（dà）減壓孔，直徑由原來的∮40擴大到的∮50，另外調整減壓孔角度使其出水口盡（jìn）可能接近負壓區，使頂蓋（gài）下聚集的高壓泥沙水盡快排泄，一方麵（miàn）減少了泥沙對上麵漏（lòu）環的磨損，另（lìng）外可減輕軸（zhóu）向推力。

2.3采用長泄（xiè）水錐，比原（yuán）泄水（shuǐ）錐增長（zhǎng）了約40mm，長泄（xiè）水錐的高壓脈動（dòng）區域比短泄水錐小，且（qiě）幅值也小，有效的減少了尾水管的脈動壓力，有效防止了汽蝕。

2.4采用上等（děng）材料。此次采用了抗腐蝕性能良好的6Cr13Ni4Mo不鏽鋼整體轉輪，葉片（piàn）采用不（bú）鏽鋼板熱壓成型（xíng），有效解決了轉輪由於材質較軟加速葉片（piàn）剝蝕的主要問題。

2.5實用新型材料塗敷防護。在導葉（yè）、轉輪、葉片等部位用瑞（ruì）士蘇爾壽（sulzer）水電公（gōng）司*新高（gāo）速火焰（HVDF）噴（pēn）塗技術進行（háng）表麵碳化鎢鈷（SXHTO）材料噴塗。在基材不發生任何形變地情況下，使表麵（miàn）硬度達到了1100-1300HV300，有機的提（tí）高了過水部件的表麵抗蝕能力。

3效果

運行（háng）實踐（jiàn）證明，新轉輪汽蝕性（xìng）能明顯好轉，機組振動減小，運行壽命增加了3-4倍，為**高效（xiào）運行奠定了基礎。

二、機組頂蓋排水改造

電站水輪機頂蓋（gài）排水原設計為自流排水，即頂蓋集水從水輪機頂蓋上環和座（zuò）環自流排到集水井。但由於設計和製造方麵的原因，一方麵自流水口過小短期內已被泥沙堵死，無法疏通，另外排水口過高，油盆浸在水（shuǐ）中，轉動油盆的高速（sù）轉動帶動積水轉動，水進油盆，無法正常運行。

1頂蓋排水方案

針對上述問題，幾年來曾作過種種嚐試，如真空泵抽水，自吸式射流泵排水等，但效果都不（bú）明顯；油盆多次被淹，嚴重製約著電站的正（zhèng）產生產。經與同類水電站比較，設想采用新的改造方案，即（jí）從頂蓋以上側牆上打孔，采（cǎi）用孔徑為100mm的直排（pái）方式排入集水廊（láng）道，以求獲得（dé）理（lǐ）想效果。

頂蓋排水高程的選擇，以稍低於主（zhǔ）軸密封裝置（zhì）的抗磨板上沿（yán）為宜，這樣既能（néng）確保密封裝置正常（cháng）運行，又能盡量加大集水的（de）排泄，不至於引起（qǐ）水流的旋轉飛濺進（jìn）入油盆。

2頂蓋排水方案預設效果

與該站情況相（xiàng）似的毫米（mǐ）電站機組頂蓋排水改造後（hòu）的效果（guǒ）十分理想，再（zài）也沒有出現過水淹油盆的情況，各部（bù）運（yùn）行（háng）正（zhèng）常，解決了（le）水輪機排水難的（de）問題，在借鑒經驗的同時，我們在推拉（lā）杆下部位置采取試驗的結果表明，該方案是可行的，能夠達到理（lǐ）想效果。

三、上導油盆甩油及發電機運行溫升偏高的消除

1發電（diàn）機上導油盆甩漏油嚴重，同時定子運行溫升（shēng）偏高

從1998年電站建成運行以來，發電機（jī）上導（dǎo）油盆就存在甩漏問題，上（shàng）機（jī）架周圍（wéi）時（shí）常是一片油汙，為了**運行隻有定期頻繁向上導油盆補油。

2001年起，站發電機定子運行溫升逐漸升高，2001年為45oC，2002年54oC，2003年為66oC，*高運行溫度達到93oC（為1#機組），明顯升高。

2原因分析與判斷

針對站發電機的（de）設備缺陷，電站作了大量試驗，並多次召開（kāi）專題研討（tǎo）會，但缺（quē）陷（xiàn）原因沒有定論，*後決定先對1#機（jī）組進行擴大性檢修，在檢修中繼續試驗，查找定子溫升（shēng）偏高的（de）直接原因。

2.1發電機上導油盆甩漏油（yóu）的原因分析。

仔（zǎi）細檢查，發（fā）現油盆完整無損，頂蓋（gài）周（zhōu）圍密封良好，底側均無漏油，可以排除油盆及其他密封所致的漏油。進一步檢查發現，發電機（jī）大軸與頂蓋（gài）之間的密封毛氈中含（hán）有大量的透平油，初步懷疑漏油（yóu）點（diǎn）為大軸與油盆蓋板之處，但（dàn）油位達（dá）不到該處，也（yě）就是說，此高（gāo）度無油。經過大量（liàng）的（de）實驗發現，機組（zǔ）在600R/min的正常運行下，油盆內的油（yóu）沾著大軸呈螺旋形爬上，由大軸與油盆蓋板之間的細小間隙（xì）甩出，呈霧狀，遇外界冷空氣凝結（jié）成為油珠。這才是真正的甩（shuǎi）漏油（yóu）的原因。

2.2發電（diàn）機定子溫升偏高的原因分析。

發電機轉子吊出後，進行了定子鐵芯（xīn）損耗試驗，測得鐵芯單位損耗為（wéi）1.80w/kg。該發（fā）電機鐵芯材料（liào）為D41矽鋼片，厚度為0.5mm，規範規定該鐵芯衝壓（yā）後鐵損不（bú）大於2.08w/kg，故可排除（chú）鐵損增加引起定子溫升（shēng）偏高。定子線圈直流電阻合格，絕緣（yuán）電（diàn）阻符合規範，證明溫升偏（piān）高非線（xiàn）圈接觸**或存（cún）在（zài）短路所致，可排除銅損增大引（yǐn）起定子溫升偏高。轉子吊出後，發現定子鐵芯和線圈上有大量油垢，定（dìng）子（zǐ）通風（fēng）口普遍堵塞，嚴重影響通風散熱。綜上分析，發電（diàn）機鐵損和銅損不會超標，定子溫升偏高的原因很可能是定（dìng）子髒汙、通風不暢所致。

3缺陷的綜合處理

3.1發電（diàn）機油垢的清（qīng）洗（xǐ）。使用高（gāo）壓專（zhuān）用噴槍，用EC-30電氣設備清洗劑噴洗5-6次，然後用白布條擦（cā）淨。

3.2定（dìng）子噴漆。清洗並檢查後（hòu），對定子進行噴漆處理（1道底漆和2道麵漆），底（dǐ）漆為1504環氯脂絕緣漆（qī），麵漆為1361灰色環氯脂絕緣漆。

3.3上導油盆技術改造。針對甩漏（lòu）油的實際情況，重新改造油盆蓋（gài）板，把原設計的單純型蓋板改型為雙層，使（shǐ）兩層麵間形成一個空腔（截麵為6mm×12mm），蓋板與大軸形成雙層密封，使該沿大軸爬上的油及油盆內的油氣串過**道密封後進入預設的空腔中，遇冷成為油珠收集在空腔之中，再加設射流泵收回集油槽。

4處理效果

檢修後機組經3年時間運行，實踐證明，機組缺陷的原因分（fèn）析和（hé）處理是正確的，大（dà）修後發電機定子運行溫度*高為71oC，發電機上導油盆甩（shuǎi）漏油問題也徹底**，取得了圓滿成（chéng）功。

四（sì）、結論與探討

經過（guò）初步（bù）的探索，針（zhēn）對性地開展了一些技術上的改造（zào），有效地解決了該電站發電機組存在的汽蝕嚴重、機組振動大、排水困難、上（shàng）導油盆甩油嚴重及定子溫（wēn）升偏高等一係列缺陷問題，取得較（jiào）為顯著的效（xiào）果。同時總（zǒng）結認為：

（1）國內運（yùn）行的小型水電站，多數老式機組，效率偏低，汽蝕嚴重的問題普遍存在，徹（chè）底解決問題的*有效辦（bàn）法就是更換選型合適的轉（zhuǎn）輪。新型轉輪效率已普遍提高，汽（qì）蝕性能也大為好轉，加之（zhī）不鏽鋼的使用，水輪機（jī）汽蝕性能（néng）非常優越。更換一個新轉輪的費用並（bìng）不高，投資少，見效快（kuài），是老機（jī）組改造的優先選擇。

（2）機組（zǔ）大修周期，規範規定，非（fēi）泥沙水電站水輪機大修間隔4-6年，但依據（jù）實踐證明，在機組存（cún）在（zài）缺陷，可（kě）能威脅（xié）設備**時，應縮短大修周期，通過大修徹底處理存在的問題，以確（què）保**運行。

（3）維護良好運行生產環境，在電站生產中非常重（chóng）要。油垢等（děng）的存在，會對正常的運行帶來障礙，甚（shèn）至造成嚴重的後果，尤（yóu）其是自然風冷機組，對定子、轉子等影響較大。電站應盡量避免各部位潤滑油的外漏，以確保**高效運行。
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