摘要 本文摘要介紹潘家口防汛自備電站水輪機(jī)蝸殼，在安裝之后空載試運(yùn)行中，發(fā)生傾斜，造成轉(zhuǎn)輪嚴(yán)重磨損的重大事故.后經(jīng)有關(guān)專(zhuān)家及工程技術(shù)人員多次分析研究，找出了事故的原因，并提出了恰當(dāng)?shù)募庸谭桨?，使?wèn)題很快得到妥善解決，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行.

關(guān)鍵詞：水輪機(jī)蝸殼 發(fā)生傾斜 加固處理

一、概況

潘家口防汛自備電站，為了解決防汛自備電源問(wèn)題，自籌資金兩千多萬(wàn)元，興建兩臺(tái)400kw 型號(hào)為HLZ％W的水輪發(fā)電機(jī)組位于潘家口水庫(kù)主壩29 —31洪底孔1號(hào)孔的下游側(cè)，機(jī)組為上進(jìn)水，最高水位224 7m，下游水位1 sm，最高水頭54100m ，兩臺(tái)機(jī)組年發(fā)電量約為 SO0kWl，建設(shè)工期為lls個(gè)月，自1995年8月16日正式開(kāi)工興建，1996年7月27日提前建成并進(jìn)行空載試運(yùn)行.

二、事故的發(fā)生及危害

1996年7月27日，下午3點(diǎn)機(jī)組空載試運(yùn)行，開(kāi)始聽(tīng)到轉(zhuǎn)動(dòng)有磨擦聲音，半小時(shí)后聞到燒像皮氣味，立即停機(jī)，拆開(kāi)轉(zhuǎn)輪發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪多處磨損，主軸密封環(huán)的上下45度方向磨損，轉(zhuǎn)輪疏齒被磨損并變形.根據(jù)上述情況，兩臺(tái)機(jī)組蝸殼有報(bào)廢的可能，將造成更大經(jīng)濟(jì)損失.水輪機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須分析原因，進(jìn)行加固處理。

三、原因分析

制造廠設(shè)計(jì)人員、監(jiān)理工程師和業(yè) 有關(guān)技術(shù)人員，經(jīng)過(guò)近半個(gè)月的分析研究，一致認(rèn)為如果處理不得當(dāng)，將造成兩臺(tái)蝸殼報(bào)廢，損失近千萬(wàn)元.當(dāng)時(shí)共提出兩種方案，一是認(rèn)為蝸殼本身剛度不夠，所以在充水時(shí)，造成蝸殼局部變形，必須加固蝸殼.但加固蝸殼有很大的風(fēng)險(xiǎn)性，另一種意見(jiàn)認(rèn)為蝸殼最大斷面直徑為 12m，材質(zhì)為 1～ 6m厚的A3鋼板，最大水頭70Zzn，加水擊壓力為10m，出廠時(shí)曾傲過(guò) 16IPa的水壓試臉 ，認(rèn)蝸殼本身的強(qiáng)度和剛度是夠的，主要問(wèn)題有兩點(diǎn)：其一，蝸殼進(jìn)口采取上進(jìn)水，而且由于受壩縫的限制，必經(jīng)在蝶閥和蝸殼之間設(shè)一道伸縮節(jié).這樣，蝸殼上端在充水時(shí)，近似于自由端，全部水推力靠基礎(chǔ)平衡；其二，是蝸殼下支座非常薄弱，在蝸殼與基礎(chǔ)之間，僅用兩塊厚為 35 的鋼板連接，而且還是直立的，抗彎能力很差，經(jīng)不起來(lái)自上端較大的傾復(fù)力矩的作用，當(dāng)機(jī)組充水后，卻產(chǎn)生了較大的彈性變形，使蝸殼整體向水流方向傾斜一個(gè)角度，造成了上述事故的發(fā)生。為了方便分析，在蝸殼周?chē)衷O(shè)14塊千分表，多次做蝸殼充水試驗(yàn)，證實(shí)上述原因的分析是正確的.。

四、處理方案

1、理論根據(jù)

根據(jù)上述分析，造成事故的原因，一是蝸殼上進(jìn)水近似于自由端，蝸殼進(jìn)水口端的水平推力只能靠下部支座來(lái)平衡。二是蝸殼的下部支座、斷面小而直立?？箯澞芰Σ顬榱私鉀Q上述問(wèn)題，必經(jīng)進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)計(jì)算，最好是用空間有限元法計(jì)算，把各部位的變形和蝸殼剛度都精確地計(jì)算出來(lái)，采取恰當(dāng)?shù)奶幚矸桨?。但由于工期緊，計(jì)箕時(shí)間較長(zhǎng)，如果能采取簡(jiǎn)化計(jì)算，能說(shuō)明結(jié)構(gòu)缺陷，達(dá)到加固的的目的.保證機(jī)組安全運(yùn)行，即使多用點(diǎn)加固材料，這樣機(jī)組能提前投產(chǎn)，也是經(jīng)濟(jì)的。本著這個(gè)思想，為便于分析可把蝸殼簡(jiǎn)單地成一個(gè)剛體，整個(gè)蝸殼安裝后，簡(jiǎn)化成一個(gè)看懸特桿件 、一端是自由端，另一端是固定端，上端在蝸殼充水時(shí)有一個(gè)水平推力，在此力的推動(dòng)下，蝸殼發(fā)生彈性變形，經(jīng)過(guò)蝸殼多次充水試驗(yàn)，證實(shí)基本與實(shí)際相符。

2、處理方案

（l）加大并加高蝸殼基礎(chǔ)

根據(jù)計(jì)算，機(jī)組在承受最高水位甩負(fù)荷時(shí)，軸向水平推力為16Jr，這個(gè)力大都由新增大的基礎(chǔ)來(lái)承擔(dān)，這時(shí)要求墓礎(chǔ)必須堅(jiān)固可靠，且有適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù).但受場(chǎng)地的限制，靠蝶閥一側(cè)，只能加長(zhǎng)90mm 加高10cm的混凝土基礎(chǔ)，靠調(diào)速器一側(cè)，即蝸殼的右側(cè)只能加長(zhǎng) 70cm，加高 50cm的混凝土基礎(chǔ)，在考慮混凝土基礎(chǔ)上，為使新基礎(chǔ)靠，在老混凝土基礎(chǔ)上，鋪一塊厚基礎(chǔ)鋼板，再用32螺紋鋼筋將該基礎(chǔ)板加固在老混凝土基礎(chǔ)上，然后每側(cè)用三塊厚為30Inm的加強(qiáng)鋼板，一端焊接在蝸殼上，另一端焊接在基礎(chǔ)板上，并將插筋搭接焊成鋼筋網(wǎng)格，每根鋼筋分別同三塊加強(qiáng)板焊牢，然后周?chē)?m厚的鋼板做混凝土模板，在中間澆筑特種混凝土，（流態(tài)、早強(qiáng)、微膨脹、粘結(jié)力強(qiáng)的混凝土）在整個(gè)加固過(guò)程中，始終堅(jiān)持用千分表監(jiān)視蝸殼變形，以防止過(guò)大的永久變形，造成整個(gè)加固工程失敗.

（2）平衡蝸殼進(jìn)口水平推力

根據(jù)公式 乒PL地EI ，為彌補(bǔ)基礎(chǔ)加固高度不夠的缺陷，盡量減小水平推力P值.在蝸殼進(jìn)口鋼管中心線上，廠房側(cè)墻上，安裝一根頂杠，用于平衡該水平推力，一端安裝在混凝土側(cè)墻底座上，另一端與蝸殼相連.在墻上設(shè)基礎(chǔ)板，用插筋加固在墻上.跟蝸殼相連處，也用加強(qiáng)板和墊板基礎(chǔ)加固。

五、加固施工

1、基礎(chǔ)加固

經(jīng)過(guò)近 1個(gè)月緊張的加固工作，首先在加固部位 ，打耐 40 的插筋孔，左邊 24 孔，右邊18孔，孔距和排距20～30，在基礎(chǔ)板的四周插中帶螺扣的插筋，其余插人中32 的螺紋鋼筋，插人老基礎(chǔ)混凝土0Inl深。在插人的一端，鋼筋作劈頭加契子，埋人時(shí)將孔內(nèi)灌砂漿，并用大錘破擊使之加固牢靠，等砂漿達(dá)到一定強(qiáng)度后，將基礎(chǔ)板，按插筋孔的位置，割孔并放在老混凝土基礎(chǔ)上，抹細(xì)石混凝土墊層，再將基礎(chǔ)板套上插筋放到混凝土墊層上，再用螺絲帽將基礎(chǔ)板壓緊，并且用水平尺找平。等混凝土到強(qiáng)度 ，用千斤頂作拉伸試驗(yàn)，每根插筋可承受 20T拉力 然乒先將三塊加強(qiáng)鋼板焊接到蝸殼上，焊接要特別注意焊接工藝防止蝸殼出現(xiàn)過(guò)大焊接變形，采用了先在蝸殼上施焊，另一端自由，且采取斷續(xù)焊，焊縫接頭處鋼板上打出缺口，宜消除焊接應(yīng)力，加強(qiáng)板另一端跟基礎(chǔ)板焊接時(shí)，為減少蝸殼變形不直接焊到基礎(chǔ)板上，而是用兩塊墊板，下端跟基礎(chǔ)板焊接，上端與加強(qiáng)板焊接，將加強(qiáng)板夾在中間，加強(qiáng)板下端仍然是自由狀態(tài)。經(jīng)監(jiān)測(cè)，整個(gè)蝸殼上下變形，其他方向未變形，在規(guī)范允許范圍之內(nèi).。

2、頂杠安裝

為平衡蝸殼上進(jìn)口的水平推力，在蝸殼進(jìn)水管中心線位置，加一根頂杠，根據(jù)頂杠受力為 16OT，設(shè)計(jì)直徑為20mm的45號(hào)實(shí)心園鋼，一端安裝在靠墻的基礎(chǔ)板上，另一端安裝在蝸殼的墊板上，各用 5塊三角形筋板將其托住，頂杠兩端都是的自由的，使用時(shí)，將靠蝸殼一端用契字板打緊。.

六、加固處理效果

將水輪機(jī)兩側(cè)基 礎(chǔ)加固，僅將加強(qiáng)板和鋼筋加固完成.并加上頂杠.未澆筑混凝土之前，就做了充水試驗(yàn)，經(jīng)觀測(cè)效果非常顯著，己能初步滿(mǎn)足運(yùn)行條件，當(dāng)澆筑混凝土（特種混凝土），使蝸殼基礎(chǔ)剛度進(jìn)一步加強(qiáng)，已消除了蝸殼傾斜變形。使機(jī)組滿(mǎn)足正常運(yùn)行。

七、結(jié)束語(yǔ)

潘家口防汛自備電站蝸殼發(fā)生傾斜事故，采取了最經(jīng)濟(jì)的加固方案，用最短的時(shí)間，

較少的資金使其恢復(fù)正常運(yùn)行，一次加固成功.從而得到三點(diǎn)啟示：

1、臥式機(jī)組，蝸殼為上進(jìn)水，設(shè)計(jì)伸縮節(jié)時(shí)，必須將其在蜂悶的上游側(cè)，用鋼管來(lái)平衡水平推力；

2、必須核算蝸殼支座的抗傾復(fù)的強(qiáng)度和剛度；

3、在處理蝸殼的缺掐時(shí)，盡量減少在蝸殼上的焊接量，并特別注意焊接工藝，并進(jìn)行監(jiān)測(cè)變形，以防止因補(bǔ)焊造成蝸殼產(chǎn)生永久變形，而使蝸殼報(bào)廢，造成不應(yīng)有的較大經(jīng)濟(jì)損失。

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