围海水电站水轮机顶盖排水系统改造

围海水电站水轮机顶盖排水系统改造

刘东东(杭州思绿能源科技有限公司　浙江杭州　310012)邓成洪(湖北黄龙滩水力发电厂　湖北十堰　442000)

　　【摘　要】围海水电站顶盖排水泵抽不上水,极易淹没水导轴承,给机组的安全稳定运行带来了严重的威胁。分析这一重大缺陷的具体情况后作了消缺处理,对类似机组相同缺陷的处理有一定的借鉴作用。图3幅,表1个。

【关键词】水电站　顶盖排水泵　原因分析　改造

1　概　述

围海水电站地处涪江中游四川省江油市龙凤镇,为引水式电站,电站装机容量3×18MW,机组型式为轴流转浆式,额定水头19m。由于受机组结构的限制,水轮机顶盖排水只有1种形式,采用水

泵强迫排水。顶盖积水主要来源于主轴密封漏水,一旦顶盖排水系统出现故障,主轴密封漏水不能排出,将会造成水淹水导轴承的重大事故。

水轮机、发电机和顶盖排水泵的基本参数如下(见表1)。

表1　水轮机、发电机和顶盖排水泵基本参数

水　轮　机

型　　号额定出力(MW)最大出力(MW)额定转速(r/min)飞逸转速(r/min)额定水头(m)最大水头(m)最小水头(m)额定流量(m3/s)水轮机吸出高度(m)

ZZ(K15)—LH—380

18.7522.50166.746019.0020.2817.22107.8-5.84

发　电　机型号额定容量(MVA)额定功率(MW)

功率因素

SF18—36/6150

22.5180.8(滞后)

顶盖排水泵型号流量(m/h)扬程(m)功率(kW)自吸高度(m)实际安装高程(m)

3

ZW40—15—30

15303.05.5473.30

2　故障现象及原因分析

在电站建设期,按照设计院的设计进行施工,顶盖排水泵安装在水轮机层下游侧紧贴墙壁(见图1),其高程为474.76m,顶盖排水配置了2台自吸

收稿日期:2013-11-15

作者简介:刘东东(1985-),男,助理工程师,主要从事

水利水电工程设计工作。Email:ddliu@hrcshp.org

泵,互为备用。初期选择水泵型号为ZW40—10—20,流量10m3/h,扬程20m,功率2.2kW,自吸高度5.5m,安装高程474.76m。经过现场调试,按照设计院设计的安装位置,水泵不能将顶盖的水排出,这样会给机组的安全运行带来极大的安全隐患。

1)接头、弯头过多,沿程和局部损失大。现场实际测量吸水管长14.8m,自吸高度3.56m,吸水管路上装有6个弯头。由于吸水管长,管路接头和

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弯头多,所以管路水力损失大是造成自吸泵难以正常抽水的主要原因。

2)吸水管路上没有安装止回阀,泵前管路中水量较少,不能在泵前管路中形成真空,缺少引水。

3)水泵的吸水管进水口有异物堵塞。因为是新安装的机组,在安装过程中,顶盖有一些破布、杂质等没有清干净。

4)水泵型号选型不对或者水泵功率、扬程、流量选择不合适。

上述事故出现后,业主立即组织设备厂家和设计部门等召开多次会议,商讨解决方案和试验方法。经分析认为,造成水泵抽不上水的原因一是吸水高度偏大,吸水管路长,弯头多,接头多,管路水力损失大;二是顶盖排水泵需要重新选型,增加水泵功率和扬程。针对上述原因分析,同时又受水轮机顶盖结构的限制,可靠性很高的液下泵和深井泵因无法安装而不符合要求。加上安装空间小、出现故障后检修不方便等原因,曾考虑选用潜水泵作

图1　设计院设计的水泵安装位置

图2　第1次移动水泵的位置

为永久性顶盖排水泵,但是由于检修不便的原因而排除。最后考虑自吸泵和普通离心泵两种泵进行比较,普通离心泵需加引水并设置底阀,在顶盖这样水浅且易淤积泥砂的环境,底阀故障率高,一旦底阀出现故障,水泵将不能正常工作,而且在狭小的空间内检修底阀相当麻烦。另外,泵体的引水也是较为麻烦的事情,故普通离心泵不适合作为顶盖排水泵。自吸泵不需设置底阀,工作前吸水管内不用充满水(但泵体中必须有足够的水),泵启动后,可以自动排除吸入管内的气体,使其成为真空,而后进入正常工作状态,从而消除了因底阀故障造成泵不能正常工作的隐患。

综合以上各种原因分析,决定再进行第二次改进。结合现场实际情况,将排水泵移至水车室里并安装在支持盖上(见图3),其高程为473.3m,比设计的高程降底了1.4m。而且吸水管的长度相应缩短了,从最初的9.8m降至到2m,弯头也只有2个,这样管路水力损失、吸水高程都变小了。又对顶盖排水泵重新进行了选型,选型的参数为ZW40—15—30,流量为15m3/h,扬程30m,功率3kW,自吸高度5.5m。经过现场安装和调试,

(下转第45页)

·49·3　处理方法

针对上述情况和原因进行了逐步分析,首先采取了移动水泵安装位置,缩短吸水管长度的方法(见图2)。考虑水泵的自吸水管长度太长,重新选择水泵的安装位置来缩短水泵自吸水管的长度,将水泵从下游挡墙边移至水车室门口的混凝土支柱边,安装高程474.76m,水泵吸水高度为4.2m,吸水管长度缩短至9.8m,吸水管路上安装有7个弯头。在改造中,虽然把吸水管的长度缩短了,但是却增加了1个弯头。在支持盖上方安装了便于检修的止回阀,安装完并对其进行了调试,能正常启动、停止。但在加引水的问题上仍然没有很好的解决,水泵从顶盖上抽出的水时有时无,这样水导轴承的安全系数并没有得到很好的改善。2号机组在调试试运行期间,曾由于顶盖排水泵不能及时将顶盖上的水排出,造成水导轴承被淹的重大事故,机组被迫停机。

小水电　2014年第1期(总第175期)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　技术改造

件,1台机组有多个这样的连杆组件,效果显而易见。

程中,滑块的位移量很小,采用一般的铸造锡青铜材料制作即可,成本较低。为进一步减轻摩擦,在滑块摩擦面上作有贮油孔,以独特的工艺措施保证其运动的灵活性。

4　滑块式导水机构的作用原理及实现方案

　　在产品设计中将传统的连杆式导水机构改为无连杆的滑块式导水机构,通过滑块的运动来传递扭矩,大大简化了原结构。其作用原理是通过安装在控制环上的轴销直接将扭矩传递给导叶臂,由于控制环和导叶臂分别绕不同的转动中心作圆周运动,其铰接位置点(轴销处)不可能同时满足其运行轨迹,于是将导叶臂上相应位置改为能让轴销可以相对滑动的滑槽,轴销沿滑槽移动带动导叶臂摆动,达到调节导叶开度以控制水轮机流量的要求。同时考虑到由轴销直接作用于导叶臂的滑槽,接触面积小(线接触),会产生很高的接触应力,磨损很快,所以从结构设计上,在轴销和滑槽之间采用了滑块,套装于轴销上。工作过程中,滑块在沿滑槽移动带动导叶臂摆动的同时绕轴销转动,这样既保证了运动的灵活性,又因接触面积大(面接触),解决了前述的磨损问题。由于导水机构在整个动作过

5　结　语

本结构改进设计取消了连杆,相应地也取消了与其相关连的一些构件,采用了滑块机构,使结构变得简单、新颖,安装、维护方便,实用性强,提高了生产企业和电站的经济社会效益,这必将为公司立足水电市场发挥作用。目前,该结构成功应用于甘肃玉门市白杨河二级电站2台装机容量为1000kW的HL80—WJ—83水轮机上,机构运行状况良好。参考文献:

[1]　哈尔滨大电机研究所.水轮机设计手册[M].北京:机

械工业出版社,1976.

[2]　机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京:机械

工业出版社,2004.

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责任编辑　康　鹏

(上接第49页)顶盖排水泵能正常将顶盖上的水抽出。

位置、水泵型号上进行改造,更要保证其控制回路的可靠。因此围海水电站顶盖排水在二次控制回路上也做了相应的改进,主要是在顶盖排水液位变送器上做了双重保险,为了安全、可靠、实时反应顶盖水位情况,将以前设计使用的1个浮球液位开关换成了2个液位变送器。

4　结　语

通过对顶盖排水泵的两次技术改进后,经过2a多时间的运行,3台机组顶盖排水泵运行平稳,无异常声响,各水泵排水量正常,未出现故障,顶盖排水泵平均启动间隔为15min左右,每次运行2min左右。改造后的围海水电站顶盖排水泵可靠

图3　第2次移动顶盖排水泵位置

性得到了很大提高。

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为了更好地解决顶盖排水问题,保证机组顶盖不会出现水淹水导轴承的重大事故,不仅要从安装

责任编辑　康　鹏

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