Ремонт турбин, гидромеханического оборудования и металлоконструкций ПС

Ремонт турбин, как и всякого другого оборудования ГЭС, имеет несколько категорий - основные из них: капитальный ремонт, текущий ремонт, непредвиденный ремонт. Капитальный ремонт - это заранее планируемый долговременный вывод турбины из работы . Как правило, это делается одновременно с генератором. Этот ремонт планируется с целью устранения всех неисправностей, возникших и обнаруженных в истекший межремонтный период, а также выполнения заранее подготовленных работ по модернизации и реконструкции оборудования.

Капитальные ремонты ведут с осушением проточной части турбины. Для проверки состояния и выполнения работ по ремонту проточной части под рабочим колесом монтируют специальные подмости.

Наиболее часто встречающимися капитальными работами являются: ликвидация кавитационной эрозии на элементах проточной части (лопасти, поверхности камер рабочих колес, направляющий аппарат), проверка общей линии вала агрегата с целью устранения повышенного биения вращающихся частей, замена подшипников цапф лопаток направляющего аппарата, проверка и настройка установленного времени открытия-закрытия направляющего аппарата, разборка подшипников и замена вкладышей, замена уплотнений фланцев лопастей на поворотно-лопастных турбинах и разборка их маслоприёмника с целью контроля состояния штанг и втулок и др.

Текущие или профилактические, предупредительные ремонты также планируются заранее и выполняются они, как правило, с осушением проточной части лишь с напорной стороны до уровня НБ.
В период текущего ремонта проводятся в основном осмотры и ремонты вспомогательных устройств и систем, регулировка зазоров подшипников и т.п.

Задачей профилактического ремонта является предупреждение прогрессирующего износа оборудования. В период проведения этого ремонта работы должны быть выполнены так, чтобы можно было гарантировать безотказную работу турбины до очередного планового текущего ремонта.

Вынужденный (непредвиденный) или аварийный ремонт производится после появления неисправности или отказа оборудования, не позволяющие оставлять турбину в работе. Такие остановки турбин не поддаются планированию, они нарушают производственный ритм и влекут за собой финансовые и материальные убытки. Выше было дано определение коэффициента готовности, как отношение в течение года суммы времени работы агрегата в генераторном режиме и режиме СК, а также времени нахождения его в резерве с немедленной готовностью к пуску к календарному времени года, т.е. из календарного времени года вычитается время на все виды ремонта. Но вычисленная таким образом величина коэффициента готовности не даёт истинного представления о качестве агрегата, в частности, турбины, когда рассматривается вопрос поставки её через систему тендера (международные торги), используя какой-либо аналог этой турбины, у которой в течение её эксплуатации, были достаточно длительные плановые остановки.

Если же из календарного времени года вычесть время, затраченное лишь на непредвиденный и аварийный ремонты и отнести эту разницу к календарному времени года, то мы получим коэффициент, характеризующий -каков процент турбина способна работать без вынужденных остановок. Это очень важная и более точная характеристика надёжности турбины.

Наиболее прогрессивной и экономически эффективной формой ремонта является ремонт по необходимости. Это означает, что с точки зрения минимизации затрат необходимо остановить турбину только тогда, когда приближается предельное состояние работоспособности её узлов и элементов, но непредвиденная остановка в результате отказа какого-либо узла ещё не наступила. Определить такой момент очень трудно. Для этого должна быть хорошо развита система технической диагностики, способная точно моделировать процесс износа узлов и деталей, а также учитывать множество факторов, ускоряющих износ (вибрация, пульсация, нагрев, биение вращающихся частей и т.п.), т.е. - это должна быть своего рода экспертная система очень высокого уровня. За последние годы во многих странах мира видна тенденция все более широкого применения новейших информационных технологий с использованием интеллектуальных систем, моделирующих в той или иной мере некоторые интеллектуальные способности человека, об этом отмечалось также в параграфе, посвященном контролю за состоянием гидротехнических сооружений.

К таким системам и относятся экспертные системы, представляющие собой программные комплексы, которые обеспечивают возможность приобретения знаний высококвалифицированных специалистов - экспертов в определённой проблемной области и использование этих знаний для анализа и оценки сложных ситуаций, а также для выработки рекомендаций по оптимальному выходу из этих ситуаций. В нашем случае - это найти точный период для вывода в ремонт агрегата. В этом направлении ведутся работы, но их состояние ещё не таково, чтобы широко внедрять ремонт по необходимости. Поэтому на крупных ГЭС основной принцип организации ремонта - это его планирование с жесткой привязкой к календарному времени.

На многоагрегатных ГЭС при соответствующем технико-экономическом обосновании и обеспечении круглосуточной загрузки ремонтного персонала. как правило, ремонт выполняется силами гидростанции (хозспособ). И только редко встречающиеся и особо трудоёмкие работы, как правило, выполняются подрядным способом.

Ремонт гидромеханического оборудования и металлоконструкций - кранов, грузоподъёмных механизмов, гидроподъёмников, затворов, решеток, водоводов и т.п. является важной составной частью обслуживания всего того, что относится к турбинно-механической части ГЭС.

Мы видели, что на ГЭС объём металлоконструкций значителен и требует большого внимания по текущему их содержанию, в котором основная доля - это антикоррозийная защита.

Систематическое нанесение лакокрасочных покрытий на поверхность металлоконструкций связано с достаточно сложной технологией работ, очень большими затратами финансовых средств и трудовых ресурсов, а качество и долговечность покрытий не могут удовлетворить современным требованиям эффективности производства. Например, на Волжской ГЭС (г.Жигулевск) выполнялось многослойное лакокрасочное покрытие металлоконструкций с соблюдением всех требований разработчиков бригадой 50 чел., и в течение 10 лет непрерывной работы не удалось окрасить полностью все оборудование и металлоконструкции.

Разработанные методы стойких металлических покрытий дали хороший результат, скорость коррозии в атмосфере не превышает долей микрона в год и нескольких микронов под водой и в зоне переменного уровня. К числу таких покрытий относятся термодиффузионное цинковое покрытие, широко применяемое для защиты трубчатых конструкций опор морских нефтепромысловых сооружений и алюминиевые металлические покрытия, наносимые методом горячего напыления. Ряд зарубежных исследователей рекомендуют покрытия на основе виниловых и кумароновых смол и каменноугольного лака. Очень сложно восстанавливать антикоррозионные покрытия в подводной части. Здесь наиболее ответственными элементами являются пазовые конструкции. Особенно сложно выполнять покрытие той части пазов, которые нельзя осушить. В некоторых случаях из-за сложности технологии, требующей продолжительного времени и особых условий (устройство тепляков, осушение воздуха вблизи металла), в период сжатых сроков строительства антикоррозийной защитой пренебрегают. Это впоследствии в период эксплуатации создает исключительные трудности по нанесению покрытий. Поэтому вопросам ремонтопригодности и практичности технологий по антикоррозийной защите необходимо придавать особое значение.

Существенное сокращение коррозии удалось получить путём разработки способа электрохимической защиты (катодной зашиты), с помощью которой можно практически решать задачу защиты от коррозии металлоконструкций - затворов и решёток, и др., срок пребывания которых под водой можно значительно увеличить. Катодная зашита состоит из источника тока - полупроводникового выпрямителя (КС); анодов, погруженных в воду (электролит); регулирующего устройства (R), с помощью которого можно менять ток в цепи защиты: линий, связывающих источник тока с защищаемой конструкцией, и анодом (рис. 9.20). Питание этой установки производится от обычной сети переменного тока.

Коррозия металла в упрощенном виде является следствием протекания электрохимического процесса в воде, которая представляет собой слабый электролит, т.е. содержит какое-то количество свободных ионов в зависимости от химического состава воды. В результате возникает разность потенциалов (микропар) на участках металла (электродах), что приводит к образованию электролиза. Этот механизм и использован в катодной защите, которая обеспечивает выравнивание потенциала анодного и катодного участков металла с помощью внешнего источника постоянного тока.

В электрохимическом процессе коррозии участвуют и железобактерии, хотя они и не включают металл в биологический обмен веществ и оказывают на металл косвенное, но разрушающее воздействие. Жизнедеятельность бактерий приводит к обогащению приэлектродного пространства продуктами обмена, к изменению состава электролита и усилению коррозии. Одновременно с этим катодные и анодные процессы на поверхности металла, изменяя состав среды, могут стимулировать деятельность бактерий.

Применение на Волжской ГЭС (г. Жигулёвск) специальных лакокрасочных покрытий металлоконструкций, работающих под водой и в зоне переменного уровня с катодной защитой, которая несколько лет успешно эксплуатировалась, дало хороший результат на решётках и затворах.

На Волжской ГЭС были проведены эксперименты и по устройству катодной защиты в проточной части турбины в комбинации с так называемым протекторным (активным) покрытием поверхностей цинковой краской. Активное покрытие повышает эффективность электрохимической защиты. За 4 года наблюдений за опытным агрегатом (17 тыс. часов работы) объём кавитационнои эрозии на лопастях составил 7,35 кг вместо 243 кг - без защиты.

Проведенные опыты электрохимической защиты в разнообразных сочетаниях оборудования и металлоконструкций показали, что процессы жизнедеятельности бактерий, моллюсков, коррозии и кавитационнои эрозии взаимосвязаны и под воздействием электрохимической защиты резко затухают.

Однако электрохимический способ защиты не получил широкого распространения. На Волжской ГЭС, где начинались эксперименты, и длительное время катодная защита работала по ряду организационных и технических трудностей, внедрение защиты по этому способу было прекращено. Например, до конца не были доведены исследования по оптимальному расположению анодов. Имело место коррозионное разрушение на отдельных элементах в проточной части турбины (втулка РК. конус отсасывающей трубы), но при хорошем состоянии лопастей. В системе сороудерживаюших решёток также при их хорошем состоянии активно коррозировали некоторые места пазовых конструкций. Кроме того, не было ясности во влиянии коррозионных процессов в арматурных каркасах ГТС, т.е. хороший по эффективности метод нуждается в доводке. Поэтому на большинстве ГЭС наиболее широко применяемым и простым способом, является защита металлоконструкций с применением покрытий на эпоксидной основе.

В.И. Брызгалов, Л.А. Гордон, "Гидроэлектростанции", Красноярск, 2002г.