楊 斌，李 偉，席洪軍

(1.中國水電顧問集團桃源開發(fā)有限公司，湖南 桃源 415700；2.中國電建集團中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410014)

1 工程概況

1.1 電站綜述

桃源水電站位于湖南省常德市桃源縣城附近的沅水干流上，是沅水干流最末一個水電開發(fā)梯級。電站壩址控制流域面積8.67萬 km2，多年平均流量2 060 m3/s。水庫正常蓄水位39.50 m，正常蓄水位庫容1.28億m3，利用河段落差約7.50 m，裝機總?cè)萘繛?80 MW，電站多年平均年發(fā)電量7.93億kW·h，裝機年利用小時數(shù)4 404 h。

電站裝設(shè)9臺單機容量20 MW的燈泡貫流水輪發(fā)電機組。運行凈水頭范圍2.0～9.7 m，轉(zhuǎn)輪直徑7.20 m，額定流量411 m3/s，額定轉(zhuǎn)速79.85 r/min。

水輪機主要由轉(zhuǎn)動部份、主軸密封、水導軸承、受油器、導水機構(gòu)、埋入部份、回復機構(gòu)、自動化元件、管路部份、專用工具部分等部件組成。單臺水輪機質(zhì)量為774 t。

1.2 主要工作內(nèi)容

桃源水電站水輪機A級檢修前對水輪發(fā)電機組發(fā)電機部分全面檢查、試驗。經(jīng)試驗發(fā)電機定、轉(zhuǎn)子絕緣均合格，滿足技術(shù)要求。對定子線棒、緊固螺栓、槽楔、阻尼環(huán)等進行外觀檢查無異常。對發(fā)電機大軸軸徑及轉(zhuǎn)子聯(lián)軸螺栓進行無損檢測均正常、無缺陷，定子與燈泡頭、管型座連接面無間隙，無滲水。經(jīng)過全面檢查和測試，本次A修對發(fā)電機部分包括定子、轉(zhuǎn)子不作解體處理。發(fā)電機部分主要對引出線和中性點設(shè)備、勵磁設(shè)備、集電環(huán)、油水氣和配電等輔助系統(tǒng)等部分進行檢修。

水輪機機械部分是本次檢修重點工作，檢修范圍包括轉(zhuǎn)輪、導水機構(gòu)、組合軸承和導軸承、主軸密封、調(diào)速和軸承油系統(tǒng)。主要檢修工作是對各部件進行解體、清理、檢查，更換密封件和易損件，對損壞的零件進行修復或更換，最后回裝、調(diào)試、試運行。

1.3 依據(jù)的標準和規(guī)程

檢修工作依據(jù)的標準主要有：DLT838—2003《發(fā)電企業(yè)設(shè)備檢修導則》、GB/T15468—2006《水輪機基本技術(shù)條件》、GB8564—2003《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》、JB/T7071—2005《燈泡式水輪發(fā)電機基本技術(shù)條件》、GB/T10969—2008《水輪機通流部件技術(shù)條件》、DL/T 827—2002《燈泡貫流式水輪發(fā)電機組啟動試驗規(guī)程》。

2 重點部件的檢修

2.1 轉(zhuǎn)輪

轉(zhuǎn)輪吊出流道后在安裝間拆解檢修，經(jīng)檢查總體狀況良好，零件外觀無損傷，運轉(zhuǎn)靈活。槳葉表面光亮，無磨損或空蝕破壞，機組抗空蝕和磨蝕安全性能良好。但在輪轂進一歩拆解時發(fā)現(xiàn)存在幾處缺陷：①槳葉接力器活塞缸內(nèi)壁和活塞外壁整圈有軸向劃痕，最深處約1.5 mm，如圖1所示。初步判斷是操作油中夾渣，造成缸壁拉傷；②槳葉樞軸內(nèi)外銅襯套共6個磨損內(nèi)徑增大，內(nèi)套內(nèi)徑超差；③活塞缸和缸蓋2處銅套磨損內(nèi)徑增大超差；④轉(zhuǎn)輪與大軸法蘭連接面密封變硬、無彈性已完全老化，轉(zhuǎn)輪本體內(nèi)密封相對較好，有彈性、有壓縮量(除活塞缸蓋處的密封已老化變硬，無彈性)。

對接力器缸壁滑痕的處理，初擬采用電弧堆焊后局部打磨修復。經(jīng)與生產(chǎn)廠及其他方會商，此方式無法保證內(nèi)壁圓度和表面光潔度，另外焊接熱可能引起缸體材質(zhì)變化。最終確定缸體內(nèi)徑車削加大，加工量以清除劃痕為準，相應(yīng)活塞外表面滿焊加大后重新車外圓，1道密封環(huán)和2道導向環(huán)槽重新加工，并按增大的尺寸更換密封圈和導向環(huán)，如圖2所示。

圖1 槳葉操作油缸活塞劃痕

圖2 活塞外圓修復

考慮后續(xù)長期運行要求，所有有磨損的襯套不管是否超差，一律更換。對樞軸內(nèi)外銅襯套，為保證同心度要求，必須在就位后同鏜。

輪轂內(nèi)所有軟密封拆解檢查狀況良好，無永久變形，表面光潔，彈性良好。為保證長期運行仍然全部更換。其他如螺栓鎖定片等在拆裝時也更換。

轉(zhuǎn)輪槳葉固定螺栓設(shè)計采用電加熱法拆裝。葉片螺栓在拆卸時由于螺桿周圍存有少量油、水，加熱棒加熱時間較長致使螺桿出現(xiàn)發(fā)藍現(xiàn)象。與制造廠確認并UT檢查，確認不影響性能?；匮b時對發(fā)藍較嚴重的6個螺桿更換為新螺桿。

轉(zhuǎn)輪連桿銷鎖緊螺釘因其他轉(zhuǎn)輪(5號轉(zhuǎn)輪)出現(xiàn)過脫落情況，在安裝時對此鎖緊螺栓涂螺紋鎖固膠并在端部打樣沖眼進行止動。

2.2 導水機構(gòu)

導水機構(gòu)內(nèi)、外導環(huán)主體部件經(jīng)檢查外觀良好、運轉(zhuǎn)正常，同時考慮到外導環(huán)直徑大、主體單薄，吊裝過程中存在較大的變形。因此采用整體不吊出機坑，不拆解主體結(jié)構(gòu)的方式。經(jīng)檢查，主體結(jié)構(gòu)包括內(nèi)外配水環(huán)、活動導葉、控制環(huán)、導葉拐臂和連桿等狀況良好。外配水環(huán)流道內(nèi)表面有少量表面銹跡，本體無銹蝕凹坑。導葉大頭端面間隙不均勻，小頭端面和立面間隙良好。拆解發(fā)現(xiàn)幾個缺陷：①導葉外軸套球面軸承部分磨損嚴重；②操作環(huán)滾珠軸承銹蝕嚴重；③導葉部分端面間隙不均勻超差。本次檢修主要拆解外軸套和拐臂，拆解控制環(huán)滾珠軸承，調(diào)整導葉間隙。

導葉外軸套球面自潤滑軸承部分有磨損破壞，拆解困難，部分軸承球面自潤滑內(nèi)崁石墨塊脫落?；匮b時更換了9個(共16個)。所有橡膠密封件進行了更換。拐臂彈簧連桿存在松脫銹蝕情況，全部拆解修復，回裝時對預緊行程作了檢測整定，如圖4所示。

控制環(huán)拆解檢查發(fā)現(xiàn)，上半部鋼球光潔、無銹蝕，潤滑脂粘度及潤滑性較好，下半部鋼珠銹蝕，表面缺損嚴重，潤滑脂干硬變黑， V形滾道表面也有輕微銹蝕現(xiàn)象(如圖3所示)。判斷是機組投運初期導葉外軸套及混泥土面漏水進入滾道引起?；匮b時對V形滾道表面及壓板全面進行清洗、更換全部鋼球，重新注潤滑脂，動作試驗驗證轉(zhuǎn)動靈活平穩(wěn)。

圖3 控制環(huán)滾道銹蝕

圖4 彈簧連桿檢修

2.3 組合軸承

組合軸承解體檢查正推力瓦外觀正常，無磨損、無劃痕、無脫落現(xiàn)象，各緊固螺栓緊固無松動。反推力瓦外觀正常，無磨損、有兩圈劃痕、瓦面無脫落現(xiàn)象，各緊固螺栓緊固無松動。鏡板光潔、無劃痕、無損傷。組合軸承各合封面密封拆出后已完全老化、變硬，無彈性、無壓縮量，如圖5所示。

反推力瓦兩條劃痕現(xiàn)場使用刮刀將高點進行修刮，并用刀口平尺檢查劃痕處無高點、無毛刺，對劃痕溝槽內(nèi)的鋼砂及雜物進行清除，用無水乙醇清洗干凈。推斷劃痕原因是操作油路夾渣進入軸承油盆。軸承油盆內(nèi)腔在回裝前進行了徹底清洗，如圖6所示。

圖5 油盆和正推瓦

圖6 反推瓦修復

2.4 主軸密封

主軸密封整體從水輪機坑拆解，吊裝到安裝場清洗檢查?？諝鈬鷰?、密封圈等密封材料相對較好，有壓縮回彈，未變硬，但為保證后續(xù)長期可靠運行，全部予以更換。

抗磨環(huán)磨損較嚴重，磨損深度局部達到5 mm。推斷是河水內(nèi)硬物進入后磨損。檢修更換了新的備品。

檢修對所有部件進行衛(wèi)生清洗、除銹，設(shè)備表面涂刷油漆，回裝時對所有密封進行了更換。主軸密封4道密封圈為聚四氟乙烯浸漬碳纖維填料，現(xiàn)場裁切，各接頭采用90°錯位安裝。水封蓋螺栓初期輕微壓緊并測量了漏水量，待運轉(zhuǎn)一段時間后若出現(xiàn)漏水偏大時再作壓緊調(diào)整即可。

2.5 調(diào)速系統(tǒng)

鑒于前期運行中缺陷集中在操作油路滲漏等現(xiàn)象，本次檢修對調(diào)速系統(tǒng)油路全程各設(shè)備全部作解體、清洗、檢測、修復。范圍包括調(diào)速器主配壓閥、事故配壓閥、分段關(guān)閉裝置、壓油裝置、受油器、操作油管、導葉接力器、外部油管路等。

調(diào)速器主配壓閥、事故配壓閥等經(jīng)拆解檢查，確認閥體和滑閥芯、襯套全部光潔無磨損、無損傷；各閥體內(nèi)密封外觀檢查較好，未見老化現(xiàn)象?；匮b時全部橡膠密封件予以更換，如圖7～8所示。

圖7 主閥和引導閥折解清洗

圖8 主閥閥體拆解

受油器在燈泡頭內(nèi)就地解體檢查，各浮動瓦檢查瓦面無劃痕、脫落現(xiàn)象，浮動瓦磨損輕微，本次未更換。內(nèi)外操作油管經(jīng)PT探傷確認無損傷，清洗后復用。輪轂供油管支架處堆焊的鋁青銅(厚度單邊2.5 mm)磨損較嚴重，個別支架已全部磨完，在回裝時將全部輪轂供油管更換。輪轂供油管4個連接接頭處均采用2個止動塊焊接止動(原設(shè)計為1個止動塊)，以確保運轉(zhuǎn)的可靠性。受油器本體及操作油管密封已開始老化，但仍有壓縮量。回裝時對所有密封進行更換，在操作油管連接面均勻涂抹一薄層平面密封膠(樂泰598)，對重點部位進行密封條和密封膠的雙重防護。

導葉接力器吊出機坑，在安裝間進行拆解清洗和檢查。接力器活塞、活塞缸運行良好、無劃痕、無磨損，各密封均較好、無老化現(xiàn)象?；匮b時對所有部件進行清洗、所有密封進行更換，進行7.8 MPa耐壓試驗密封無滲油、部件無變形。

所有管路、壓力油罐、回油箱等都在本次檢修中進行了排空清洗；操作油回收后進行了過濾，以保證油路干凈，油質(zhì)合格。管路連接法蘭原設(shè)計采用金屬環(huán)墊硬密封，經(jīng)檢查全部無損傷，回裝時直接復用。

2.6 轉(zhuǎn)輪室端部裂紋處理

在對機組轉(zhuǎn)輪室焊縫進行探傷檢查時，發(fā)現(xiàn)上、下分瓣面下游端部(非重錘側(cè))有裂紋，裂紋長度為14.5 cm，最深處為35 mm。轉(zhuǎn)輪室上瓣與下瓣裂縫出現(xiàn)在同一部位，如圖9～10所示。

圖9 轉(zhuǎn)輪室上瓣

圖10 上瓣左側(cè)裂紋

桃源電站其他8臺機組目前暫未進行探查。經(jīng)調(diào)查，在其它電站同類型機組也出現(xiàn)相似裂紋?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)分瓣法蘭板與伸縮段的角接焊縫未開坡口、未焊透，僅在角接表面堆焊15 mm高焊料。導致2個部件的聯(lián)接承拉力集中在角焊料上。由此導致局部應(yīng)力過大破壞。初步判斷，此裂紋處因為結(jié)構(gòu)特性和焊接缺陷導致應(yīng)力集中。在尾水壓力脈動和水力不平衡荷載下，受交變應(yīng)力，發(fā)生低應(yīng)力高周期疲勞破壞。

經(jīng)與制造廠、設(shè)計方等各方會審，確定了現(xiàn)場修復方案。目前修復以不改動原設(shè)計，消除加工缺陷和現(xiàn)場裂紋的原則進行。

分瓣合縫面手工打磨：對合縫面和密封槽進行粗磨，并用刀口尺檢查。堆焊不足處進行補焊，采用氬弧焊(GTAW)+(ER50-G)焊絲，全部粗磨后對堆焊表面進行PT檢查，要求無缺陷。對粗磨過的合縫面進行精磨，并用刀口尺以原合縫面為基準進行檢查，不允許凸出，允許局部凹進不超過0.1mm；合縫面密封槽現(xiàn)場修磨成型。全部焊接完成后用PT及UT探傷方法檢查焊縫質(zhì)量，要求無缺陷。如有缺陷，處理后補焊至無缺陷為止。

2.7 其他

試運行前對機組、流道等進行了全面清查。流道內(nèi)表面鋼內(nèi)襯基本完好無損傷，未作處理；尾水流道混凝土表面稍有磨損，大部露出骨料。但表面基本平整無坑洼，本次也未處理。流道排水閥本體完好，閥后橡膠減震接頭全部更換。其它屬于正常折舊的設(shè)備和結(jié)構(gòu)本次作了記錄，計劃在每年度的檢修中檢查，出現(xiàn)損壞后隨時修復。

3 檢修后評價

在4月14日完成24 h試運行后，4號機組投入商業(yè)運行。機組振擺、軸承溫升等正常，前期的泄漏等問題已消除。機組狀態(tài)良好，滿足安全穩(wěn)定運行要求。

從拆解檢查可以確認，機組綜合性能質(zhì)量良好；結(jié)構(gòu)剛強度、抗空蝕磨損性能優(yōu)秀；部件加工裝配質(zhì)量優(yōu)良，長期穩(wěn)定運行不存在隱患，超出力和超高水頭運行潛力較大。

機械部分的缺陷集中中調(diào)速和潤滑油系統(tǒng)上，包括油缸刮擦、密封件泄漏。經(jīng)分析，刮擦缺陷原因不在工廠加工，而是現(xiàn)場配管、焊接、切割作業(yè)產(chǎn)生焊渣、碎屑，首次裝配時未徹底清除造成。其它機組在第一次A修中基本會發(fā)現(xiàn)類似缺陷。在經(jīng)過第一次A修徹底清洗，無后續(xù)動火作業(yè)的前提下，日后再發(fā)生類似缺陷的可能將減少。

密封件泄漏集中在各種橡膠密封墊、密封圈或盤根處，其原因經(jīng)檢查分析，有以下幾點：

(1)橡膠密封件材質(zhì)不良，初期或投運后很快出現(xiàn)老化、皸裂或粘粘，無回彈能力。

(2)安裝時未就位，或暴力擠壓，密封件出現(xiàn)斷裂、變形。

(3)安裝時接觸有機溶劑，造成橡膠變性。

各類管路聯(lián)接經(jīng)檢查，中高壓法蘭采用的金屬硬密封環(huán)墊經(jīng)久耐用，質(zhì)量可靠，以后可以大量推廣；低壓法蘭橡膠密封墊質(zhì)量不夠可靠，本次檢修更換為石棉復合墊，性能待后期驗證。

4 對后續(xù)機組A修的建議

4.1 轉(zhuǎn)輪室修復跟蹤

由于本次修復以消除裂紋為主，未對整體設(shè)計方案進行復核。對是否存在結(jié)構(gòu)設(shè)計薄弱沒有研究。初期投運正常不能判定后續(xù)是否會出現(xiàn)疲勞破壞。計劃在后期對此處加密監(jiān)測，如在一個大修間隔內(nèi)不再出現(xiàn)裂紋，則可最終判定結(jié)構(gòu)整體是安全的。

如果后期裂紋再次出現(xiàn)，則需要對結(jié)構(gòu)設(shè)計方案進行復核。建議對轉(zhuǎn)輪室荷載和結(jié)構(gòu)進行數(shù)值分析和現(xiàn)場實測，查明運行時應(yīng)力集中和位置和量值，找到破壞原因。據(jù)此研究結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案再實施。

其他機組A修應(yīng)將此作為必檢項目，并在網(wǎng)絡(luò)進度中安排修復工期。

4.2 轉(zhuǎn)輪檢修

參照本臺機組轉(zhuǎn)輪各部件運行情況，轉(zhuǎn)輪各銅套在經(jīng)過幾年的磨損后配合尺寸會出現(xiàn)超標必須進行更換及轉(zhuǎn)輪體內(nèi)活塞、各轉(zhuǎn)動部件損傷的不確定性，同時考慮到轉(zhuǎn)輪裝配的專業(yè)性及可靠性。建議在往后的檢修中現(xiàn)場僅對轉(zhuǎn)輪葉片進行拆、裝，轉(zhuǎn)輪本體內(nèi)部各銅套的更換及其他部件損傷的修復均由原設(shè)備廠進行處理，在制造廠內(nèi)整裝后發(fā)至電站直接回裝。