程海峰

(四川圣達(dá)水電開發(fā)有限公司,四川 樂山 614900)

1 概 述

目前使用中的大中型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)頂蓋排水多采用水泵排水,頂蓋積水主要來源于主軸密封漏水,一旦頂蓋排水系統(tǒng)出現(xiàn)故障,主軸密封漏水不能排出,漏水進(jìn)入水導(dǎo)油槽后將很有可能釀成燒瓦的重大事故,既使不造成事故也需對水導(dǎo)進(jìn)行檢修。因此,一般水機(jī)配置了頂蓋水位過高的水機(jī)保護(hù)裝置,保護(hù)動作于緊急停機(jī)。但是,我們更希望在機(jī)組運(yùn)行過程中將頂蓋水位控制在安全水位以下,以保證機(jī)組安全可靠運(yùn)行,創(chuàng)造最大的效益。因此,對頂蓋排水泵的可靠性有很高的要求。沙灣水電站經(jīng)過技改,大大提高了頂蓋排水的可靠性,較為成功的解決了機(jī)組頂蓋排水問題,保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。

2 沙灣水電站頂蓋排水概況及存在的問題

沙灣水電站地處大渡河下游,實(shí)測最大含沙量為 27.5 kg/m3,裝有 4臺 120 MW ZZD345ELH-850型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī),機(jī)組年利用小時(shí)為 5015 h,水壓式端面主軸密封。主軸密封漏水中含有較多的泥沙,漏水量較大。每臺機(jī)組設(shè)有兩臺互為備用的頂蓋排水泵,頂蓋排水泵為 WFB型無堵塞無密封自控自吸泵(型號:80WFB-A揚(yáng)程:28.5 m,流量:30 m3/h)。沙灣水電站頂蓋排水泵平均 13 min啟動一次,每次運(yùn)行 2～3 min,頂蓋排水泵啟動頻繁。從 2009年 3月電站首臺機(jī)組投運(yùn)以來,頂蓋排水泵故障率較高,故障發(fā)生時(shí)間隨機(jī)性強(qiáng),每臺頂蓋泵平均故障率為0.5次/月。為了滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求,我們在頂蓋中增加了潛水泵作為備用。頂蓋排水泵故障時(shí),人為將頂蓋排水泵動力電源引線拆除,接上潛水泵臨時(shí)排水。在運(yùn)行和維護(hù)人員的精心努力下,雖然目前還沒因頂蓋排水問題引發(fā)事故,但是已經(jīng)暴露出了很大的安全隱患,而且這種現(xiàn)狀浪費(fèi)人力,完全不能滿足水電站“少人值守、無人值班”的要求。

3 沙灣水電站頂蓋排水泵故障原因及改造選型思路

3.1 沙灣水電站頂蓋排水泵故障分析

沙灣水電站自吸泵不能抽水皆因其附件電動空氣閥故障引起。電動空氣閥的作用是在停泵的同時(shí)打開,讓空氣進(jìn)入管路,破壞吸水管路中的水對水泵中積水的虹吸作用,從而保證了在停泵后泵體中保留一定的水量,泵體中的存水為水泵下次啟動抽水提供了必備條件。電動空氣閥密封件為橡膠材質(zhì),暴露在空氣中易老化和進(jìn)入灰塵,在頻繁啟動的情況下密封受損很快。一旦電動空氣閥密封受損,在水泵下次啟動時(shí)就不能可靠密封,從而導(dǎo)致空氣進(jìn)入吸水管路而使水泵抽不上水。若想提高電動空氣閥的密封壽命是電廠很難做到的,我們在沙灣水電站更換了不同品牌的產(chǎn)品,使用情況亦不樂觀。

3.2 對頂蓋排水泵的要求

頂蓋排水泵的使用環(huán)境和電力生產(chǎn)的特點(diǎn)決定了其在性能上必須具備以下優(yōu)點(diǎn):

(1)故障率低,可靠性高,故障處理時(shí)間短;

(2)能夠頻繁啟停;

(3)抗磨損、壽命長、能長期輸送泥沙含量較高的水。

3.3 沙灣水電站頂蓋泵的研究選型

沙灣水電站除兩臺頂蓋排水泵輪換啟動、互為備用外,還預(yù)留了增加水泵用的排水管路,為加裝頂蓋排水泵提供了便利條件。沙灣水電站W(wǎng)FB型無密封、無堵塞自控自吸泵經(jīng)過一年多時(shí)間的運(yùn)行,水泵工作部件磨損很小,在實(shí)際運(yùn)行過程中也未發(fā)生卡死現(xiàn)象,故該泵主體部件能滿足頂蓋泵要求。我們考慮在對原來的泵進(jìn)行改造的基礎(chǔ)上增加一臺排水泵,力求做到既提高頂蓋排水的可靠性,又節(jié)省資金。經(jīng)過查閱大量資料和調(diào)研,我們進(jìn)行分析研究后的情況如下:

(1)受水輪機(jī)頂蓋結(jié)構(gòu)的限制,可靠性很高的液下泵和深井泵因無法安裝而不符合要求。由于其安裝空間小、出現(xiàn)故障后檢修不方便等原因,也排除了選用潛水排污泵作為永久性頂蓋排水泵的可能。

(2)比較了自吸泵和普通離心泵。普通離心泵需加引水并設(shè)置底閥,在頂蓋這樣的水淺且易淤積泥沙的環(huán)境,底閥故障率高,一旦底閥出現(xiàn)故障,水泵將不能正常工作,而且在狹小的空間內(nèi)檢修底閥相當(dāng)麻煩,故普通離心泵不適合作為頂蓋排水泵。自吸泵不需設(shè)置底閥,工作前吸水管內(nèi)不用充滿水(但泵體中必須有足夠的水),泵啟動后本身能自動排除吸入管內(nèi)的氣體,爾后進(jìn)入正常工作狀態(tài),從而消除了因底閥故障造成泵不能工作的隱患。剩下的問題就是如何保證泵體中一直存有足夠的水量供下次啟動抽水用。

WFB型無密封自控自吸泵電動空氣閥起到的是保持泵體中存水的作用,但因其故障率高,是否可以選用不帶電動空氣閥的自吸泵呢?ZL型立式自吸泵和 ZX型自吸污水泵均不設(shè)電磁氣控閥。ZL型立式自吸泵為清水泵而被排除在外。ZW型自吸污水泵在吸水管路水平段設(shè)置了單向閥,達(dá)到了保留泵體中存水的目的,其自吸和排污特點(diǎn)很適合做頂蓋排水泵。但是,由于目前該類型的泵均為臥式布置,占用空間大,而沙灣水電站機(jī)組頂蓋中不具備其安裝空間。經(jīng)過以上比較分析,我們考慮廢除 WFB型無密封自控自吸泵的電動空氣閥,采用外來水源給水泵加永久引水。

這種改造方法大大提高了頂蓋排水的可靠性,具體表現(xiàn)為:首先,由于廢除了底閥,減少了故障因素,在引水正常、水泵本體不出現(xiàn)故障的情況下,水泵都能正常工作;其次,既使自動化元件故障、水泵不能正常停泵也不會發(fā)生抽空情況,水泵下次啟動后仍能正常工作。其缺點(diǎn)為:由于水泵永久性引水為長流水,當(dāng)水泵腔體內(nèi)的水充滿后會隨吸水管流向頂蓋,從而增加了頂蓋排水量。

(3)新增加了一臺頂蓋排水泵,選用 WFB型無密封自控自吸泵的改進(jìn)型,即 WZL型無堵塞自吸泵。該類型的泵在 WFB型的基礎(chǔ)上增加了密封,在停泵狀態(tài)下,既使有壓力水源通向泵體內(nèi),水也不會從泵軸與泵殼間流出。結(jié)合 ZX型自吸污水泵的優(yōu)點(diǎn),在 WZL型無堵塞自吸泵的進(jìn)水管路水平段加裝了單向閥并向泵體內(nèi)引入永久性的引水,既保持了 WFB型自吸泵的優(yōu)點(diǎn),又避免了外加引水漏向頂蓋而造成的頂蓋漏水量的增加,而且可靠性很高。

4 沙灣水電站頂蓋排水泵改造實(shí)例

我們改造了沙灣水電站 4#機(jī)組頂蓋排水系統(tǒng)。增加了一臺泵(3#頂蓋排水泵型號:80WZLA;揚(yáng)程:28.5 m,流量:30 m3/h),從機(jī)組技術(shù)供水總管取水作為 1#、2#、3#泵引水(引水流量的估算在此不作敘述),并在 3#泵吸水口管路上加裝了旋啟式不銹鋼單向閥。3#泵用單獨(dú)的動力電源,啟動指令由監(jiān)控發(fā)出,啟動水位居于主泵和備用泵啟動水位中間。

5 沙灣水電站頂蓋排水改造后的運(yùn)行情況

經(jīng)過 3個(gè)多月時(shí)間的試運(yùn)行,4#機(jī)組 3臺頂蓋排水泵運(yùn)行平穩(wěn),無異常聲響。各水泵排水量正常,未出現(xiàn)故障,頂蓋泵平均啟動間隔為 12 min,運(yùn)行時(shí)間無明顯變化。改造后的沙灣水電站頂蓋排水泵可靠性得到了很大提高。