HL702-LJ-410水輪機(jī)改造工程

1、HL702-LJ-410水輪機(jī)改造工程控制性節(jié)點(diǎn)分析實(shí)施與效果李世康 韓亞寧 燕 京大唐碧口水力發(fā)電廠，甘肅文縣 746412；The Execution and Effects of The Control Nodes in HL702-LJ-410 Hydroturbines Modification Engineering Li-shikang，Han-yaning，Yan-jingDatang Bikou Hydropower plant，Wen County，Gansu Province，China 746412ABSTRACT: This paper discounted the

2、process of execution and the effects of modification,which the engineering of Hydroturbine modification of Bikou Hydropower plant carried on.In this paper totally analysised and sorted out its control nodes.It is turned out that it had the positive referencely meaning to the old plants mixed-flow tu

3、rbine producted in sixties to eighties in last century.KEY WORDS: Bikou Hydropower Plant；Hydroturbine；Modification；Nodes execution 摘要：本文論述了碧口電廠HL702-LJ-410水輪機(jī)改造工程中控制性節(jié)點(diǎn)的分析與實(shí)施，文中對(duì)該型水輪機(jī)的改造控制性節(jié)點(diǎn)進(jìn)行了全面的分析與實(shí)際實(shí)施工序的梳理，對(duì)我國上世紀(jì)六十年代至八十年代投產(chǎn)的老水力發(fā)電廠混流式水輪機(jī)改造方面有積極參考意義。關(guān)鍵詞：水力發(fā)電廠；水輪機(jī)；改造；節(jié)點(diǎn)實(shí)施1.前言大唐碧口水力發(fā)電廠位于陜西、甘肅、四川三省交界

4、的隴南文縣碧口鎮(zhèn)，是白龍江上第一座大型水利樞紐工程，廠內(nèi)裝有三臺(tái)100MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組。1969年主體工程開工，1976年首臺(tái)機(jī)組發(fā)電，1977年6月三臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。原水輪機(jī)為原蘇聯(lián)702型，整體磨損嚴(yán)重，經(jīng)過近30年的運(yùn)行在空蝕、泥沙磨損聯(lián)合作用下水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片出水邊已明顯變薄成刀片狀；轉(zhuǎn)輪迷宮環(huán)間隙偏大，超標(biāo)400-800%；轉(zhuǎn)輪空蝕、裂紋嚴(yán)重，水輪機(jī)每次大修檢查均發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪普遍有比較嚴(yán)重的空蝕，一般在350 * 560mm2 左右；水輪機(jī)存在振動(dòng)區(qū)，該型水輪機(jī)有2個(gè)振區(qū)，尤其在1/4負(fù)荷左右有一個(gè)強(qiáng)烈的振動(dòng)區(qū)，運(yùn)行時(shí)必需避開；原型水輪機(jī)效率偏離保證值較多水輪機(jī)實(shí)測效率在20MW

5、100MW范圍內(nèi)，均低于設(shè)計(jì)值；其中在20MW60MW之間，平均約低3%；在60MW100MW之間，平均約低4.2%。經(jīng)過近5年的前期工作，在2009年3月至6月實(shí)施了1號(hào)水輪機(jī)改造工程。該項(xiàng)水輪機(jī)改造是碧口水電廠機(jī)組投產(chǎn)30余以來最大范圍的一次設(shè)備改造工作。水輪機(jī)由HL702-LJ-410型改造為HLA835d-LJ-419型水輪機(jī)。2改造項(xiàng)目概述改造主要項(xiàng)目包括尺寸測繪并根據(jù)根據(jù)測繪結(jié)果進(jìn)行水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)精加工；改造水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為新型葉型不銹鋼轉(zhuǎn)輪；固定導(dǎo)葉修型；改造活動(dòng)導(dǎo)水葉、導(dǎo)葉拐臂、連接板、導(dǎo)葉套筒；改造水輪機(jī)頂蓋；改造水輪機(jī)底環(huán)；配套改造控制環(huán)；改造機(jī)組接力器等。其中，新水輪機(jī)

6、中心調(diào)整；轉(zhuǎn)輪與大軸連接并進(jìn)行聯(lián)軸螺栓預(yù)緊力拉伸；新轉(zhuǎn)輪吊裝；導(dǎo)葉提起并捆綁調(diào)整導(dǎo)葉端面、立面間隙；接力器吊裝及水平測量調(diào)整；水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)主軸法蘭連接及聯(lián)軸螺栓預(yù)緊力拉伸；實(shí)調(diào)機(jī)組上下迷宮環(huán)間隙等為控制性節(jié)點(diǎn)，對(duì)水輪機(jī)的改造成功與質(zhì)量有著決定性的影響。下列就HL702-LJ-410水輪機(jī)改造工程控制性節(jié)點(diǎn)分析實(shí)施過程與效果進(jìn)行論述。3.HL702-LJ-410水輪機(jī)改造工程控制性節(jié)點(diǎn)分析與實(shí)施過程3.1 新水輪機(jī)中心調(diào)整及相關(guān)項(xiàng)目1）底環(huán)固定座預(yù)裝底環(huán)預(yù)裝進(jìn)行水平及中心調(diào)整；24片活動(dòng)導(dǎo)水葉預(yù)裝；對(duì)4瓣式固定座對(duì)口端面進(jìn)行了深10*450夾角修磨，在原止漏環(huán)的基礎(chǔ)螺孔上用24-M42螺栓對(duì)4

7、瓣固定座座體進(jìn)行均布把合，把合后進(jìn)行平面合縫焊接，將焊接平面焊縫修磨至水平，然后進(jìn)行固定座縱縫點(diǎn)焊。在進(jìn)行新水輪機(jī)底環(huán)把合、測園（含下迷）結(jié)果見表1。表1 HLA835d-LJ-419型水輪機(jī)底環(huán)測圓圖測點(diǎn)數(shù)據(jù)備注1從+X方向逆時(shí)針均布21、該值為絕對(duì)值；2、從+X方向逆時(shí)針均布。345678將把合好的底環(huán)吊入機(jī)坑進(jìn)行預(yù)裝，并用0.05mm精度水準(zhǔn)儀進(jìn)行水平測量，對(duì)不平正面加墊銅皮、不銹鋼皮予以調(diào)整，調(diào)整結(jié)果見表2。表2序號(hào)第五次終值備注1終值指2009-5-18安裝復(fù)測校核234567891011-2112131415161700181920212223242）底環(huán)中心（即新水輪機(jī)中心）調(diào)整

8、原計(jì)劃以座環(huán)第二搪口加工面為基準(zhǔn)按X、Y軸線圓周等分8個(gè)點(diǎn)利用鋼琴線找底環(huán)中心，但由于第二搪口加工面經(jīng)過30余年的氣蝕、磨損比較嚴(yán)重，故選擇座環(huán)第一搪口為基準(zhǔn)找水輪機(jī)中心，根據(jù)座環(huán)第一搪口找好的中心（實(shí)際調(diào)整后的鋼琴線位置）對(duì)底環(huán)實(shí)際位置進(jìn)行了調(diào)整，使其中心偏差度滿足要求，用48-M36螺栓對(duì)底環(huán)進(jìn)行把合。然后進(jìn)行固定座環(huán)縫分段焊接。底環(huán)中心（即新水輪機(jī)中心）調(diào)整值見下圖1。座環(huán)第一搪口中心線位置（單位：mm） +Y +X 根據(jù)中心線位置找底環(huán)中心+Y +X 圖1 底環(huán)中心調(diào)整值圖3）頂蓋預(yù)裝水平及中心調(diào)整；頂蓋銷釘孔鉆鉸；頂蓋吊出；底環(huán)銷釘孔鉆鉸；進(jìn)行新水輪機(jī)頂蓋把合、測園（含上迷）結(jié)果見下

9、表3。 表3 HLA835d-LJ-419型水輪機(jī)底環(huán)測圓圖測點(diǎn)數(shù)據(jù)備注11、該值為相對(duì)值；2、從+X方向逆時(shí)針均布。2345678對(duì)活動(dòng)導(dǎo)葉棱角全部進(jìn)行倒圓處理后將24片導(dǎo)水葉全部吊入裝設(shè)與底環(huán)之上，其后在安裝間在頂蓋上對(duì)稱安裝6個(gè)套筒，對(duì)這6個(gè)套筒與頂蓋連接螺栓帶上即可，吊入頂蓋，到機(jī)坑后在進(jìn)行幾次小幅度起落與導(dǎo)葉配合軸找正后裝上頂蓋。依據(jù)底環(huán)中心找出新水輪機(jī)中心（設(shè)鋼琴線），用調(diào)整好的鋼琴線（新水輪機(jī)中心線）調(diào)整頂蓋找出定蓋中心。通過測算第一次頂蓋向+y方向偏移，向+x方向偏移。但頂蓋移不動(dòng)，通過檢查發(fā)現(xiàn)一是頂蓋與座環(huán)第二搪口處有死點(diǎn)，二是頂蓋與導(dǎo)葉軸間互相掣制。處理了座環(huán)第二搪口處死點(diǎn)

10、，并與制造廠溝通并經(jīng)綜合分析認(rèn)為原因是頂蓋、底環(huán)分瓣出廠后內(nèi)應(yīng)力在時(shí)效作用下發(fā)生變形造成底環(huán)、頂蓋均存在一定橢圓度，通過比對(duì)底環(huán)與頂蓋測園圖后驗(yàn)證了橢圓且發(fā)現(xiàn)橢圓方位不一致。于是對(duì)頂蓋與導(dǎo)葉軸間配合孔進(jìn)行了修磨處理，單邊修磨（擴(kuò)大），修磨后調(diào)整測量頂蓋中心向+y方向偏移，向+x方向偏移，偏移值明顯降低。調(diào)整結(jié)果見下圖2。找出底環(huán)中心線位置（單位：mm） +Y +X 根據(jù)底環(huán)中心線位置找頂蓋中心（單位：mm）+Y +X 圖2 頂蓋中心調(diào)整值圖找好中心后在頂蓋上對(duì)稱4個(gè)方向鉆鉸40*410mm錐銷孔，對(duì)頂蓋進(jìn)行定位，這將為正式安裝及今后的檢修奠定基礎(chǔ)。進(jìn)行完頂蓋銷釘孔鉸鉆后即可吊出頂蓋、24片導(dǎo)水

11、葉，然后在底環(huán)與座環(huán)交界處鉆鉸6個(gè)30mm圓柱銷孔，對(duì)底環(huán)進(jìn)行定位。固定座縱縫焊接；底環(huán)吊出；固定座24片防松片焊接；座環(huán)上環(huán)面與活動(dòng)導(dǎo)葉上端部位120*400mm配合面修磨。3.2 轉(zhuǎn)輪與大軸連接及聯(lián)軸螺栓預(yù)緊力拉伸；新轉(zhuǎn)輪吊裝及相關(guān)項(xiàng)目。1）轉(zhuǎn)輪與大軸連接及M120/M110聯(lián)軸螺栓預(yù)緊力拉伸在螺栓底部裝設(shè)測長螺塞，然后全部把M120/M110聯(lián)軸螺栓旋到到轉(zhuǎn)輪上。轉(zhuǎn)輪與主軸連接采用摩擦傳遞扭矩，轉(zhuǎn)輪與大軸連接前首先將轉(zhuǎn)輪與大軸法蘭面清掃干凈，然后噴涂碳化硼，其莫氏硬度為9.36，顯微硬度為43149.2652955.95Nmm² ，比重2.52gcm³，具有研磨效率高

12、的特點(diǎn)，用來保證水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪與大軸法蘭連接后摩擦力滿足要求。噴涂的碳化硼固化12小時(shí)后開始連接兩法蘭面。兩法蘭連接螺桿預(yù)緊伸長值要求為0.76mm，本次轉(zhuǎn)輪法蘭螺桿拉緊伸長值見表4。表4轉(zhuǎn)輪與法蘭連接螺栓拉伸值記錄表（2009.5.4）螺桿號(hào)最終拉伸值備注875160MPa18140MPa38013751111579579177751661980976207910791275214774802）轉(zhuǎn)輪吊入中心粗調(diào)；底環(huán)正式吊裝（以銷子孔定位）；轉(zhuǎn)輪水平測量調(diào)整、頂轉(zhuǎn)輪中心位置（見表3）；轉(zhuǎn)輪吊入后通過頂轉(zhuǎn)子大軸法蘭與水輪機(jī)大軸法蘭進(jìn)行基本對(duì)正后落轉(zhuǎn)子與推力瓦上，進(jìn)行轉(zhuǎn)輪水平調(diào)整；此后進(jìn)行底環(huán)正式吊

13、裝，復(fù)測水平（底環(huán)水平終值見表1），底環(huán)水平合適后進(jìn)行轉(zhuǎn)輪中心精調(diào)，水平、中心值見表5。表5 轉(zhuǎn)輪水平測定測水平參照位置水平相對(duì)值備注+Y+X0+X-Y-Y-X-X+Y轉(zhuǎn)輪中心精調(diào)+X0+Y-X-Y24片活動(dòng)導(dǎo)水葉吊裝；頂蓋正式吊裝（以銷子孔定位），考慮到預(yù)裝時(shí)少部分導(dǎo)水葉端面間隙和，不符合標(biāo)準(zhǔn)要求,于是在正式安裝時(shí)在座環(huán)第一塘口法蘭面所有螺孔處加裝的紫銅墊；24個(gè)套筒安裝；頂蓋螺栓打緊；96個(gè)M30套筒銷釘孔鉆鉸；導(dǎo)葉臂安裝。3.3 導(dǎo)葉提起并捆綁調(diào)整導(dǎo)葉端面、立面間隙；接力器吊裝及水平測量調(diào)整；推拉桿長度調(diào)整。接力器吊裝及水平相對(duì)值測量調(diào)整；推拉桿長度調(diào)整；1）接力器安裝到位后測量不帶鎖錠

14、定側(cè)：0，mm（距本桿點(diǎn)處）；接力器安裝到位后測量帶鎖錠側(cè)：，（距本桿基點(diǎn)處）；由于二桿水平差異大，固在現(xiàn)場加裝百分表頂起不帶鎖錠定側(cè)接力器后測量其相對(duì)值：接力器不帶鎖錠定側(cè)：1.3，自身水平（距本桿點(diǎn)處）；、接力器帶鎖錠側(cè)：1.39，自身水平（距本桿基點(diǎn)處）；二者最大高差為；2）雙聯(lián)板安裝，調(diào)整雙聯(lián)板自身水平。3.4 水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)主軸法蘭連接M110聯(lián)軸螺栓預(yù)緊力拉伸，該處拉伸值為，實(shí)調(diào)值見表6。表6發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)法蘭連接螺栓拉伸值記錄表螺桿號(hào)最終拉伸值備注3428332832273126302729282826272626282529243023392232212640233938373

15、13635293.5 機(jī)組中心位置定位實(shí)調(diào)水輪機(jī)上下迷宮環(huán)間隙及水導(dǎo)瓦定位機(jī)組中心位置定位主要靠通過調(diào)整水輪機(jī)上下迷宮環(huán)間隙來實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過反復(fù)頂軸調(diào)整后水輪機(jī)上、下迷宮環(huán)間隙達(dá)到了要求，設(shè)2個(gè)盤車點(diǎn)進(jìn)行測控，具體數(shù)值如表7。表7上迷宮環(huán)+X+Y-X-Y測點(diǎn)1測點(diǎn)2下迷宮環(huán)+X+Y-X-Y測點(diǎn)1測點(diǎn)2單位：mm，測點(diǎn)1指盤車前的第一點(diǎn)，測點(diǎn)2指盤車后的4點(diǎn).盤車合格后進(jìn)行檢修密封、主軸密封、轉(zhuǎn)動(dòng)油盆等安裝。水導(dǎo)瓦定位，進(jìn)行水導(dǎo)瓦把合，安裝并在+X、+Y方向設(shè)2塊百分表調(diào)整水導(dǎo)瓦間隙，間隙調(diào)整好后將水導(dǎo)瓦把緊，復(fù)測無問題后在水導(dǎo)軸承上對(duì)稱4個(gè)方向鉆鉸30mm錐銷孔，進(jìn)行水導(dǎo)軸承定位。具體數(shù)據(jù)見表8。

16、表8：水導(dǎo)軸承實(shí)調(diào)間隙水導(dǎo)瓦方位+X+Y-X-Y調(diào)整值綜合采納值 上列主要節(jié)點(diǎn)完成后標(biāo)志著此次水輪機(jī)改造主要工作完成。4.改造后的HLA835d-LJ-419型水輪機(jī)的效率及穩(wěn)定性4.1 出力變化#1水輪機(jī)改造后進(jìn)行了大負(fù)荷試驗(yàn)，出力由103MW增加到113.3MW。試驗(yàn)時(shí)在72.7水頭下（凈水頭）、發(fā)電機(jī)無功為零、有功為110 MW的工況下，水輪機(jī)出力達(dá)到113.3MW，從此時(shí)水頭較低的工況下導(dǎo)葉開度僅為81，見圖3，新水輪機(jī)出力還有較大裕量。圖3 接力器行程水輪機(jī)出力特性曲線4.2效率變化1號(hào)水輪機(jī)改造后的專項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果可看出新型水輪機(jī)效率比原水輪機(jī)機(jī)效率整體提高67。見圖4。圖4 1號(hào)機(jī)組

17、水輪機(jī)效率與3號(hào)機(jī)組水輪機(jī)效率對(duì)比4.3 機(jī)組穩(wěn)定性得到明顯改善 1機(jī)水輪機(jī)改造后，機(jī)組在31MW附近強(qiáng)振區(qū)不能安全運(yùn)行，20MW以下低負(fù)荷弱振區(qū)和4065MW中負(fù)荷弱振區(qū)不宜長期運(yùn)行，6590MW工況為次穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，基本可長期安全運(yùn)行。90MW及以上工況為優(yōu)良穩(wěn)定運(yùn)行區(qū)，可長期安全運(yùn)行。簡而言之新水輪機(jī)只有一個(gè)振動(dòng)區(qū)不能安全運(yùn)行，振區(qū)為2040MW。與舊水輪機(jī)相比較振動(dòng)區(qū)明顯減小，原水輪機(jī)有2個(gè)振區(qū)，第一振區(qū)為2060MW，第二振區(qū)為6080MW，這2個(gè)振動(dòng)區(qū)均不能安全運(yùn)行運(yùn)行時(shí)需避開。見圖5機(jī)組振動(dòng)擺度水壓脈動(dòng)幅值隨機(jī)組功率變化的關(guān)系曲線圖5機(jī)組振動(dòng)擺度水壓脈動(dòng)幅值隨機(jī)組功率變化的關(guān)系曲線

18、1#機(jī)變負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，上機(jī)架X方向水平振動(dòng)最大值為82µm（20.7MW），最小為47µm（90.51MW），Y方向水平振動(dòng)最大值為87µm（20.7MW），最小為55µm（90.51MW），上機(jī)架垂直振動(dòng)最大值為91µm（31.3MW），最小為22µm（94.04MW），頂蓋水平振動(dòng)最大值為94µm（31.3MW），最小值為15µm（100.37MW），頂蓋垂直振動(dòng)最大值為242µm（31.3MW），最小值為14µm（94.04MW），上導(dǎo)擺度X最大值為214µm（20.7MW），最小值為168µm（94.04MW），上導(dǎo)擺度Y最大值為240µm（20.7MW），最小值為208µm（89.14MW），水導(dǎo)擺度X最大值為109µm（20.7MW），最小值為82µm（3.6MW），水導(dǎo)擺度Y最大值為88µ