沙湾水电站顶盖排水泵的研究与改造

2010-08-15程海峰

四川水力发电 2010年6期

程海峰

(四川圣达水电开发有限公司,四川乐山 614900)

1 概述

目前使用中的大中型轴流转桨式水轮机顶盖排水多采用水泵排水,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,漏水进入水导油槽后将很有可能酿成烧瓦的重大事故,既使不造成事故也需对水导进行检修。因此,一般水机配置了顶盖水位过高的水机保护装置,保护动作于紧急停机。但是,我们更希望在机组运行过程中将顶盖水位控制在安全水位以下,以保证机组安全可靠运行,创造最大的效益。因此,对顶盖排水泵的可靠性有很高的要求。沙湾水电站经过技改,大大提高了顶盖排水的可靠性,较为成功的解决了机组顶盖排水问题,保证了机组的安全运行。

2 沙湾水电站顶盖排水概况及存在的问题

沙湾水电站地处大渡河下游,实测最大含沙量为 27.5 kg/m3,装有 4台 120 MW ZZD345ELH-850型轴流转桨式水轮机,机组年利用小时为 5015 h,水压式端面主轴密封。主轴密封漏水中含有较多的泥沙,漏水量较大。每台机组设有两台互为备用的顶盖排水泵,顶盖排水泵为 WFB型无堵塞无密封自控自吸泵(型号:80WFB-A扬程:28.5 m,流量:30 m3/h)。沙湾水电站顶盖排水泵平均 13 min启动一次,每次运行 2～3 min,顶盖排水泵启动频繁。从 2009年 3月电站首台机组投运以来,顶盖排水泵故障率较高,故障发生时间随机性强,每台顶盖泵平均故障率为0.5次/月。为了满足机组安全运行的要求,我们在顶盖中增加了潜水泵作为备用。顶盖排水泵故障时,人为将顶盖排水泵动力电源引线拆除,接上潜水泵临时排水。在运行和维护人员的精心努力下,虽然目前还没因顶盖排水问题引发事故,但是已经暴露出了很大的安全隐患,而且这种现状浪费人力,完全不能满足水电站“少人值守、无人值班”的要求。

3 沙湾水电站顶盖排水泵故障原因及改造选型思路

3.1 沙湾水电站顶盖排水泵故障分析

沙湾水电站自吸泵不能抽水皆因其附件电动空气阀故障引起。电动空气阀的作用是在停泵的同时打开,让空气进入管路,破坏吸水管路中的水对水泵中积水的虹吸作用,从而保证了在停泵后泵体中保留一定的水量,泵体中的存水为水泵下次启动抽水提供了必备条件。电动空气阀密封件为橡胶材质,暴露在空气中易老化和进入灰尘,在频繁启动的情况下密封受损很快。一旦电动空气阀密封受损,在水泵下次启动时就不能可靠密封,从而导致空气进入吸水管路而使水泵抽不上水。若想提高电动空气阀的密封寿命是电厂很难做到的,我们在沙湾水电站更换了不同品牌的产品,使用情况亦不乐观。

3.2 对顶盖排水泵的要求

顶盖排水泵的使用环境和电力生产的特点决定了其在性能上必须具备以下优点:

(1)故障率低,可靠性高,故障处理时间短;

(2)能够频繁启停;

(3)抗磨损、寿命长、能长期输送泥沙含量较高的水。

3.3 沙湾水电站顶盖泵的研究选型

沙湾水电站除两台顶盖排水泵轮换启动、互为备用外,还预留了增加水泵用的排水管路,为加装顶盖排水泵提供了便利条件。沙湾水电站WFB型无密封、无堵塞自控自吸泵经过一年多时间的运行,水泵工作部件磨损很小,在实际运行过程中也未发生卡死现象,故该泵主体部件能满足顶盖泵要求。我们考虑在对原来的泵进行改造的基础上增加一台排水泵,力求做到既提高顶盖排水的可靠性,又节省资金。经过查阅大量资料和调研,我们进行分析研究后的情况如下:

(1)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。由于其安装空间小、出现故障后检修不方便等原因,也排除了选用潜水排污泵作为永久性顶盖排水泵的可能。

(2)比较了自吸泵和普通离心泵。普通离心泵需加引水并设置底阀,在顶盖这样的水浅且易淤积泥沙的环境,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,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),泵启动后本身能自动排除吸入管内的气体,尔后进入正常工作状态,从而消除了因底阀故障造成泵不能工作的隐患。剩下的问题就是如何保证泵体中一直存有足够的水量供下次启动抽水用。

WFB型无密封自控自吸泵电动空气阀起到的是保持泵体中存水的作用,但因其故障率高,是否可以选用不带电动空气阀的自吸泵呢?ZL型立式自吸泵和 ZX型自吸污水泵均不设电磁气控阀。ZL型立式自吸泵为清水泵而被排除在外。ZW型自吸污水泵在吸水管路水平段设置了单向阀,达到了保留泵体中存水的目的,其自吸和排污特点很适合做顶盖排水泵。但是,由于目前该类型的泵均为卧式布置,占用空间大,而沙湾水电站机组顶盖中不具备其安装空间。经过以上比较分析,我们考虑废除 WFB型无密封自控自吸泵的电动空气阀,采用外来水源给水泵加永久引水。

这种改造方法大大提高了顶盖排水的可靠性,具体表现为:首先,由于废除了底阀,减少了故障因素,在引水正常、水泵本体不出现故障的情况下,水泵都能正常工作;其次,既使自动化元件故障、水泵不能正常停泵也不会发生抽空情况,水泵下次启动后仍能正常工作。其缺点为:由于水泵永久性引水为长流水,当水泵腔体内的水充满后会随吸水管流向顶盖,从而增加了顶盖排水量。

(3)新增加了一台顶盖排水泵,选用 WFB型无密封自控自吸泵的改进型,即 WZL型无堵塞自吸泵。该类型的泵在 WFB型的基础上增加了密封,在停泵状态下,既使有压力水源通向泵体内,水也不会从泵轴与泵壳间流出。结合 ZX型自吸污水泵的优点,在 WZL型无堵塞自吸泵的进水管路水平段加装了单向阀并向泵体内引入永久性的引水,既保持了 WFB型自吸泵的优点,又避免了外加引水漏向顶盖而造成的顶盖漏水量的增加,而且可靠性很高。

4 沙湾水电站顶盖排水泵改造实例

我们改造了沙湾水电站 4#机组顶盖排水系统。增加了一台泵(3#顶盖排水泵型号:80WZLA;扬程:28.5 m,流量:30 m3/h),从机组技术供水总管取水作为 1#、2#、3#泵引水(引水流量的估算在此不作叙述),并在 3#泵吸水口管路上加装了旋启式不锈钢单向阀。3#泵用单独的动力电源,启动指令由监控发出,启动水位居于主泵和备用泵启动水位中间。