论岩滩转轮的特点—兼商榷几个技术问题.doc

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1、论岩滩转轮的特点兼商榷几个技术问题水c垃站1995年辖.水电站机电技耙嬲一论岩滩转轮的特点一兼商榷几个技术问题广西岩滩水电站工程建设公司(南宁530023),一,岩滩转轮的特点岩滩水电站安装四台混流式机组,单机容量302.5MW,转轮直径8m,最大外径径太,重量重而且具有如下特色;分半组焊转轮.美国太古力600MW转轮(直径9.?Sin)及700MW转轮(直径9.9m),均在工地整体制作巴西,巴拉圭的伊泰普700MW转轮(直径8.45m),委内瑞拉的古里?00MW转轮(直径7.5m),巴西的图库鲁伊330MW转轮(直径8.15m),均由工厂整体制作,由公路或水路运到电站安装;我国的五强溪240

2、MW转轮(直径8.3m),亦由工厂整体制作,水运到电站安装.我国的龙丰峡转轮,虽亦采用分半组焊结构,但直径只有6m,重量只有150t,远比岩滩转轮为小.所从A108,A11l2,A244及A286四种转轮型谱中比拟优选出来的,经修正后选定为92.O4,真机最高效率为94.3,加权平均效率为92.24.一九九三年八月廿九日,水利部电力部机电研究所曾对1号机组用蜗壳差压法进行了测流和效率试验,试验时水头55.5m,水轮机出力279.59MW,效率为93.65,同一水头下的效率设计值为93.2873,z说明真机效率与模型换算效率相一致.3.转轮不锈钢叶片首次采用Ni5,在此之前,东方电机厂采用Ni6

3、,而哈尔滨电机厂那么采用Ni4.岩滩转轮叶片共有13片,单重约10t,考虑到经济和铸造能力等因素,首次采用分段铸焊不锈钢叶片.国内首次进行模型转轮全模拟验收.我国鲁布格机组的转轮,首次到国外进行了全模拟验收,但在国内制造的水轮机,岩滩是第一次进行全模拟验收,验收是在一九八八年八月进行的,国务院重大装备办,三峡重大装备办,水规总院及水科院的专家都参加了验收.四台转轮的原型,均委托电力部水力设备质检中心进行了检测(1,4在工地检测,2,3在葫芦岛橙谢)机姐安装完毕转入试运转时,均委托广西电力试验研究所,进行了机组稳定性试验测试.和哈尔滨电机厂共同研制的,最大负载为450t,采用两台高压油泵,使静压

4、球头与球座与传统的平衡园球和平板接触的支承方式相比,由于转轮重量越来越重,平衡球头的硬度和平板的刚度很难满足要求,因挤压变形过大而影响平衡精度.而液压支承装置,由于滚动摩擦系数很小,具有灵敏性高,稳定性好的优点.岩滩转轮残留不平衡力矩只有5kg?rll,比规定值20kg?rfl小了很多6.采用专用车削装置,在工地现场加工J1期!鎏籼里止漏环获得成功,为分半组焊转轮的应用创造了条件分半组焊的转轮,焊接后变形是不可防止的变形引起的不平衡重量,可以通过静平衡试验得到补救,但与顶盖和下环相配用手动或电动推磨工具,不仅加工时间长(个月以上),而且精度和光洁度差,转轮越大,研制的专用车削装置,吃刀量可达2

5、mm,加工精度高,直径偏差只有万分之零点四,加工速度快,一般为12天,最快只有7天.岩滩分半转轮的制造方法:先由哈尔滨电机厂加工好17个散件(叶片13件,上冠两半,下环两半),运到葫芦岛,由水电大件厂组装加工成分半转轮(包括热处理,镗连轴螺孔,热套上,下止漏环),大件厂加工时间需6个月.从葫芦岛运到岩滩,运距为4037km,其中海运2768km,内河1002km,公路接,加工止漏环,铺焊引水钢板,进行静平衡试验,连轴紧周螺栓,安装泄水锥和补气阀,直至转轮吊入机坑.一般情况要3个月工期,最快为67天.岩滩三台机组已投产发电,至九四年底年后,进行全面检查,气蚀情况良好,止漏环间隙根本无变化,f片和

6、下环未发现焊缝开裂.4机组正在安装,方案今年六月底投产发电,年底电站竣工.=,商榷几个问题通过岩滩四台分半组焊转轮的实践,对以下几个技术问题提出个人的一些看法,与同行和专家们商榷.岩滩转轮型号是修正后的A286a,但工问题是在l机转轮原型验收时发现的,采取的补救措施是:在模型转轮上补做二个与原型对应的型线样板,进口断面的11,44,出口断面为77,B图1转轮验收瞒面进口节距补测断面为11,44.补测模型断面22的进口直径D:及出口D原型检测结果,进口型线台格率97,出口型线合格率91.5,进VI节距台格率69.2,进VI直径D.平均偏差一45.5(标准士25.5)出VI直径D平均偏差104.7

7、(标准图与模型转轮不一致,进口直径模型转轮就检测结果与设计图纸比拟,合格率就比拟高了,接近或到达JB标准.原型与模型几何相似,是保证真机性能是,模型转轮是在屡次修正后才完成的,在全模拟试验之前,转轮设计图纸为了生产需要料,这中间有一个.时差,这个问题笔者曾请教过哈扎公司和GE公司,他们的答复是,机组一旦中标签约,立即进行转轮设计投料,全29模拟验收是用户对机组性能一种验证手段,题的关键还是我们国家对转轮型谱开发工作跟不上,而时差的提前量又不够.2.转轮现场验收标准.转轮现场验收应包含三局部内容:模型几何尺寸放大应检测转轮直径(D,D,DD),叶片型线及开口,进口角和出口角,叶片进口高度和节距,

8、叶片头部和尾部形状,验收标准可参照我国JB3160-82及国际电工委员会的IBc一4100(1992年12月).由于验收时测点多,达数百点,不可能全部符合要求.尤其是大型转轮更难做到,标准中心均未作出是否合格的结论,当然一台转轮价值一千多万元,作出是否合格的结论是极其谨慎的.配合尺寸.应检测上,下止漏环直径及园度;检测上冠止口及组合缝错位.四台转轮上冠止口均出现了椭园度(顺序为0.42,0.47,054,064mm),但l转轮上冠法兰面同时出现了上凸(0.12ram)和错位(径向0.28mm,轴向020ram),致使转轮无法与大轴相连,被迫重新毽孔配车连轴螺栓.后三台转轮尽管椭园度较大,但由于

9、上凸及错位很小,连轴螺栓仍能顺利穿入,说明分半转轮组焊时变形控制主要是法兰面上凸和组合面错位.内在质量.主要是指焊接质量,材质,转轮残留不平衡重量及分半面组合螺栓紧度.焊缝应进行探伤检查,下环焊接后要进行退火处理,有条件时可进行应力测试,剩余应应力为344.21MPa,2转轮只有101.92MPa,显然l转轮组合面错位严重与剩余应力过大有关.3.转轮分半型式.转轮分半通常有两种型式,叶片偶数时,采用对称分半;叶片奇数时,采用偏心分半,3O目的是为了不增加被切割叶片的数量岩滩采用偏中心160ram的分半方式,实践中感到有两个问题.由于采用偏心分半,上冠组合匾用螺栓把合,这局部不平衡重量对转轮影响

10、较大.岩滩转轮配置平衡重量数值较大,1机为9006kg,2机为1631.6kg,3机为片的重量差(最重与最轻),1机为415kg,2个叶片的重量差远比不平衡重量为小,而且叶片是经过精确配置的,显然,上冠偏心分半配重位置靠大半一侧(见图2)亦充分说明了圈2转轮平青重位置叶片被切割后,由于内应力释放,分半面叶片扭曲变形较大.错位最大达37mm,造成现场组焊工作的困难,这二个叶片的型线两个思路:一是提高转轮整体退火的效果,转缓,使内应力充分释放二是能否考虑分半面不切割叶片,也就是说上冠分半面是一平面,下环分半面是一曲面这样分割对下珂:现场组焊会增加一定难度,但防止了叶片的分割组焊的难题.得失如何?值

11、得探讨.岩滩转轮上冠由20MaSi铸成,上有8条肋筋,为防止转轮旋转时产生泵水作用,设板搁置在肋筋上,外园与上冠顶部相焊,竖板根部与法兰平面角焊(图3).圉3转轮上冠f水钢扳机组投入运行后,1,2机相继发生引水钢板焊缝裂开,钢板上翘与顶盖相摩擦,被迫停机处理.每台机处理时问均逾4O天,严未生根.由于岩滩转轮尺寸庞大,引水钢板就像一顶大帽子罩在上面,在水流冲击下,焊缝承受交变荷载;加之安装对,对这局部焊接未引起重视,也没有探伤检查(设计无此要求),加速了焊缝裂开的速度,这是意料不及的情方法:用千斤顶将顶盖顶起,把旧的引水钢板全部害j除,按八等分重新配置新的引水钢板,并与8条助筋焊接,生根固定,所

12、有焊缝加强并经探伤合格.1,2机处理后没有再发生问题,3机安装时已作了改良,运行情况正常.5.机组振动和压力脉动.引起机组振动的原因主要有电磁,机械日(水头54.33m)对3机组进行变速试验,0,19mm,水导摆度根本在0.24mm左右,说明机组转动局部仅存在轻微的质量不平衡.六月廿三日(水头55.21m)进行变动励磁试验,电压从35升至114额定电压,上导摆度从0.12增至0.20ram,下导,水导摆度基本不变,说明磁力不平衡主要影响上导,但数值不大,能满足运行要求.六月廿五日(水头55.57m)进行变负荷试验,负荷从0增到295MW,上导及水导摆度变化明显,而下导摆度根本不变.从空载到满负

13、荷,上导摆度从0.17降至0.088ram,减小一倍,和励磁电流的变化不成比例,分析原因主要是水力,磁力这两种不平衡力矩相位差在9O.一l8O.之间,140MW负荷处为最大,达0.42mm,水轮机室伴随有强烈的水击声,但随着负荷的增加,水导摆度逐渐减少,因为转轮轴向水推力的增加,使主轴的曲折程度有所减小.引起机组振动的主要因素是水力不平衡,当负荷在10o一14Ol60MW时,导叶开度为47,55,59,振动和摆度为最大,尾水压力脉动最大为8.16m,其值已达水头的14.6,超出规定值不大于7的要求在高水头情况下,对1机组进行了振动220.59m下游水位153.95m,水头66,64m,而变化,

14、负荷130MW时,上游佣振动0.028mm,下游侧0.01mm负荷270MW时振动最大,上游佣0.074mm,下游侧0.053ram(见振动与负荷关系曲线).最大脉动压力出现在机组带小负荷运行时,而带大负荷运行时,涡壳,顶盖和尾水管的压力脉动值都不大(见压力脉动与负荷关系曲线).但值得注意的是,随着负荷的增大,压力脉动频率的变化较大,这种频率的变化对引起厂房振动有着重要的影响.(见附表)3I圈4振动与负荷关系曲线图5压力脉动与负荷美系曲线从试验结果,可以得出如下结论,机组在高水头,大负荷运行时,厂房出现低频率,大幅值的振动,长时间运行将危害厂房和机组的平安;在接近设计水头工况下,机组在1401

15、60MW负荷区(导叶开度4059),避开振动区,进行强迫补气,以减少尾水压力脉动.压力脉动频率变化衰负荷水头导叶开度尾水压力脉动压力脉动攘率(MW)(m)()(MPa)(Hz)由于试验次数较少,各种工况下的振动区范围没有完全模清楚,三台机组的情况亦有差异,因此机组可能相当一段时间处在振动区运行(机组负荷由中调指令决定),而消振措旒又没有及时跟上,故厂房振动较大,三台机组的尾水进入门均发现开裂,局部螺丝被折断,尾水管里衬与混凝土之间已有脱开现象,问题十清楚显,机组振动和压力脉动已们正安装空气压缩机,拟从顶盖处强迫补气,效果如何,有待验证.A286a转轮在模型验收时,已发现在设计水头下,5O一67额定负荷范围内,出现较的偏差是否会加剧水力矩的不平衡?压力脉动与厂房振动究竟是什么关系?为什么在同一工况下,三台机组的振动表现不一样?敬请专家们指教.