摘 要：金银台电站1#机组在大修中发现水轮机转轮活塞缸、活塞、活塞环有严重的拉伤现象。拉伤导致活塞环密封失效，缸内开、关腔相互窜油，调速器油泵运行频繁，油箱油温升高，给电站发电机组安全稳定运行带来隐患。本文简述其产生原因及处理方法，供检修同行参考、交流。
关键词：贯流式水轮机；缸体；活塞；拉伤；分析处理
1 引言
四川港航嘉陵江金沙航电开发有限公司(金银台枢纽)是嘉陵江渠化流域开发的第四级水电站,位于阆中市河溪镇境内,电站设计安装三台单机容量为40 MW的灯泡贯流式水轮发电机组,属大流量径流式水电站。本工程是一座以发电为主，兼有航运、灌溉、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程。
1#机组自2005年4月投入运行至2013年3月，调速器压力油泵运行启停间隔逐渐变短，由最初的15分钟启停一次变化至5分钟启停一次。油泵启动频繁，导致调速器油温升高，并加速了透平油油质恶化。在此期间电站技术人员分别对调速器油管路、主配压阀、两段关闭装置等进行详细的检查，均未发现渗漏现象，2013年3月将1#机组水轮机转入大修，转轮体解体后发现机组水轮机转轮体活塞缸、活塞发生了严重的拉伤现象。很明显，活塞、活塞缸的拉伤，活塞环密封性能降低是引起缸内串油、压力油泵启动频繁的主要原因！
2 转轮体活塞缸损害情况
2.1水轮机转轮体活塞缸体内腔大面积严重拉伤。拉伤呈沟槽状，拉伤面积达80%以上，局部拉伤处最深达2.5mm（图1）。
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图1 活塞缸内壁工作面拉伤情况 图2 活塞及活塞环拉伤情况
2.2活塞工作面严重拉伤，拉伤面积达60%～70%，局部拉伤处最深达2.1mm。活塞工作面两端导向铜边拉伤严重，活塞环槽局部挤压变形（图2）。
2.3 活塞环工作面拉伤严重，毛刺较多，活塞环无法自由活动，丧失密封作用。
2.4 缸盖导向轴套划痕较多，局部磨损严重。
3 转轮活塞缸、活塞拉伤原因分析
3.1 转轮体结构简介
转轮型号为GZ（820），水轮机转轮直径6.3 m,轮毂比为0.38，转轮装配包括转轮体、叶片、叶片轴、转臂、接力器缸、接力器缸盖、活塞轴、连接体、泄水锥等，桨叶接力器为缸动式结构，接力器缸布置在转轮中心线的下游侧，工作油压6.3MPa。
接力器缸导向槽与转轮体间设置的2个导向块相互作用，可维持活塞缸运动中的相对位置，防止活塞缸转动。活塞与活塞缸之间设有三道活塞环密封，活塞直径1125mm。缸盖设有导向轴套，以定位活塞缸与活塞的相对位置。
3.2 原因之一：杂质窜入缸内
在转轮体活塞缸内发现大量的金属碎块、铜质颗粒、黑色硬质颗粒（后经判断为焊渣）。由于在机组装配过程中，操作油管焊渣清理不彻底，长时间运行后，焊渣掉落随油流进入转轮体关腔，并驻留在油管路内。运行中，在离心力和油流的作用下，较小的碎块、颗粒率先进入活塞与转轮体缸体间的间隙内，与活塞、活塞缸体间互相摩擦、挤压，长期作用下从而导致活塞、转轮体缸体拉伤。
在长时间的运行后，这种状态形成恶性循环，最终造成活塞、转轮体缸体的大面积严重拉伤。活塞环工作面拉伤严重，毛刺增多，活塞环不能自由活动，降低了活塞环密封作用。浆叶开关腔互相串油，缸内压力不能保持，外部表现为压油泵频繁启动，启动一次的时间间隔由原来的15分钟缩短至5分钟。
3.3 原因之二：活塞缸与活塞的相对位置发生变化
缸盖导向轴套与轴配合间隙设计要求是0.1～0.25mm，在这个间隙值范围内，即使活塞缸发生倾斜也能有效保证活塞缸与活塞的相对位置，使活塞缸与活塞在全行程运动过程中不会发生刚性接触。避免活塞缸和活塞发生刮擦和磨损，从而保证机组安全可靠运行。
实际测量发现缸盖导向轴套与轴配合间隙达0.52mm，轴套工作面有多处磨损和划痕。在重力的作用下，活塞缸会发生不同程度的倾斜，配合间隙值过大使其极容易与活塞发生接触。运行中，在油压的驱动下，活塞与活塞缸发生相对运动，若活塞缸与活塞刚性接触必然导致活塞与活塞缸发生摩擦，甚至“啃咬”现象。这也是造成活塞、转轮体缸体的大面积严重拉伤的主要原因之一。
4 转轮活塞的处理方案
4.1对拉伤的部位使用角磨机进行打磨清根，检查合格后再进行补焊。
4.2转轮体缸体活塞缸补焊后，进行镗缸处理。为了尽量不改变活塞缸基本尺寸，对活塞缸单边镗、磨量不大于0.5mm。
4.3 活塞工作面两侧的铜环在活塞缸作相对往复运动时主要起到导向的作用，在活塞缸工作尺寸略微放大的前提下，尽量不对活塞工作尺寸做任何改动，以免使活塞、活塞缸配合间隙放大，故只将活塞工作面去除高点和毛刺,并打磨光滑。
4.4补焊、堆焊要用直流焊机，采用高强度不锈钢焊条，焊条使用1mm的细焊丝。焊接时要求采用对称焊，同时进行敲击，以消除焊接应力，焊渣要彻底清除干净。加工面表面粗糙度、公差按原设计要求进行。
4.5更换新的活塞环，并仔细检查、清理活塞环及活塞环槽，并现场预装，动作要灵活，配合间隙须满足设计要求。
4.6重新按图配车缸盖导向轴套，使其间隙值满足0.1～0.25mm，同时清除轴的工作面高点及划痕。
4.7转轮体接力器预装，各项配合公差按原图要求进行，且活塞缸上下运动要灵活自如。转轮体在安装场做油压操作试验，合格后进行吊装。
5 结束语
通过上述处理方案后，1#机组于2013年5月25日并网运行至今，运行情况令人满意，转轮叶片开关动作平滑，调速器油泵启停间隔达到了28分钟，油温也恢复到正常运行水平，。
水能发电机组在安装过程中应严格把控安装工程质量，一是调速器操作管路的焊接装配，焊渣一定要清理彻底并按规范要求清洗管路；二是关键部位安装应设置专门的质量监督人员，复核安装尺寸。机组运行过程中应定期计算调速器油泵的启、停时间间隔，并做好记录。间隔时间发生大幅度降低时，应及时分析查找原因并在故障扩大前得到有效处理。
作者简介：刘洋（1981-），男，贵州毕节人，工程师，长期从事水电站检修技术管理工作。