蒲长青 周 扬 王 华 梁艳来
（东方电气集团东风电机有限公司，四川 乐山 614802）
0 引言
水轮机是利用水的动能和势能转变成机械能的装置。水流经过拦污栅、进水闸门、引水管进入水轮机蜗壳，通过蜗壳将水均匀引入导水机构并形成一定的环量。根据运行的需要，通过导水机构能控制水轮机的启动、停机，供给水轮机需要的流量及环量，使水流均匀地进入水轮机转轮，进而将水的势能及动能转变成旋转的机械力矩，通过主轴传到发电机。水轮机的导水机构及转轮做为重要的通流部件，其好坏直接影响机组运行的稳定性、出力及效率。对于过机泥沙含量大大高于平均值的陕西文泾电站来说，水流对导水机构及转轮等通流部件的冲蚀磨损极为严重，故其抗磨蚀性能和结构优劣直接关系到机组的检修周期、使用寿命及经济效益。电站主要参数如下：
最大水头Hmax(m) 112
额定水头Hr(m) 106
最小水头Hmin(m) 97
额定流量Qr(m3/s) 16.964
额定功率Pr(kW) 16670
额定转速Nr(r/min) 500
飞逸转速Nr(r/min) 856
多年平均含沙量(kg/m3) 145.9
电站实际清水期过机泥沙含量(kg/m3) ≥100
电站实际过机泥沙含量(kg/m3) ≥200
2 机组运行状态及改造原因
陕西文泾水电站装有三台16MW立轴混流式发电机组，2009年7月31日进入72小时试运行至机组被迫停机，1#机共运行39小时，2#机共运行74小时，3#机共运行77小时，至此72小时试运行失败。检查水轮机内部不仅有悬移质泥沙，还有大量块移质（块石）及树枝等杂物。底环及转轮止漏环磨损严重，转轮叶片、导叶缺肉。究其原因，机组试运行期间遭遇洪水及汛期排污出现问题，过机含沙量远大于500 kg/m3，导致实际过机含沙量远大于设计值。2011年初，按照电站及公司要求对3台机组的导水机构、转轮及主轴密封等进行全面的改造。
图1 底环磨损情况
图2 转轮磨损情况
图3 导叶磨损情况
3 改造方案及措施
3.1 为有效降低底环与转轮之间漏水量，同时增加导水机构与转轮的抗磨性能，在低环改造过程中加长了下止漏环的高度，由原来的55mm增加至85mm。
3.2 顶盖、底环抗磨板为强化抗磨性能，针对电站泥沙含量大、颗粒细、硬度高等泥沙特性，抗磨板不再采用金属抗磨板，根据多个多泥沙电站抗磨经验，抗磨板采用非金属材料超高分子聚乙烯抗磨板，乙烯抗磨板采用螺栓把合结构，把合在底环和顶盖上，抗磨板把合后，把合孔采用与抗磨板相同材料的螺纹堵头使用专用密封胶封堵。
图4 改进后导水机构结构
3.3 结合电站实际使用情况，鉴于原压垫环结构时，由于泥沙含量高、水流速度快，压垫环损坏严重，为有效避免高速水流直接冲击压垫环同时损伤导叶轴颈，导叶采用了只有高水头机组才使用的大端面结构，该结构可有效避免高速水流直接冲击导叶轴颈，起到有效保护导叶轴颈的作用同时保护导叶端面和顶改底环抗磨板的作用。
3.4 由于采用导叶止推压垫环将造成压垫环直接受水流冲击，且无论采用何种把合结构，都会将压垫环暴露在水流中，同时顶盖、底环抗磨板均会有较大的开孔以便把合压垫环。为了避免因采用压垫环而加剧机组的损坏，在计算了导叶的最大浮力小于导叶重量的前提下，设计时取消导叶止推压垫环，有效减少过流零面磨损。
3.5 原顶盖排水管采用焊接结构，焊接位置位于水管转弯位置，导致电站使用的排水管在使用过程中，水管转弯处焊缝被水流掏空以至无法正常使用。在本次更改过程中将焊接结构更改为热弯结构，焊缝位置布置在水管直管段，有效避免在水流在转弯处对焊缝的损坏，延长使用寿命。
3.6 由于本电站泥沙含量大、水头较高，在机组运行一段时间后，顶盖压力增高以至电机推力瓦温在机组运行一段时间后逐步增高。在机组改造过程中增加了顶盖排水管数量（由原来设计时间的4根更改为6根），同时对转轮泄水孔直径由原来的Φ30扩为Φ50。有效地在转轮使用时间内降低了顶盖压力，保证机组使用安全。
3.7 为了便于电站安装，结合电站前期安装经验，将顶盖与座环把合孔直接更改为腰形孔以方便电站安装和调整。
3.8 电站在运行一段时间后，由于止漏环漏水量加大，主轴密封漏水量随之加大，导致甩水环甩水严重，机坑内水花四溅，在改造过程中对主轴密封转环装配进行了更改，增加护罩,防止甩水、溅水。
4 结语
经过改造后的文迳电站1#机导水机构在电站运行时间近2年，通过的高泥沙汛期的检测，2012年2月底电站对1#机组进行了检修。经过改造后的导水机构，顶盖和底环抗磨板完好如新；水轮机导叶通过1年的运行，仅出现了细微的磨损；顶盖排水管改造后效果明显；主轴密封改造后不再出现甩水和溅水情况，业主通过现在的使用情况表示可以仅在2年后更换导水叶和转轮，可以节约大量资金和检修时间。
文迳电站改造后的技术方案可作为我公司后续多泥沙项目提供设计参考，其结构可以广泛运用于多泥沙和高泥沙含量电站，具有很强的适用性和推广性。
［1］王志高.我国水机磨损的现状和防护措施的进展[J].水力水电工程设计,2002
［2］顾四行.新疆塔尕克水电站水轮机泥沙磨损及应对措施[J].水电站电机技术,2009.
