一、概況

潘家口防汛自備電站，為了解決防汛自備電源問題，自籌資金兩千多萬元，興建兩臺400kw型號為HLZ％W的水輪發電機組位于潘家口水庫主壩29—31洪底孔1號孔的下游側，機組為上進水，最高水位2247m，下游水位1sm，最高水頭54100m，兩臺機組年發電量約為SO0kWl，建設工期為lls個月，自1995年8月16日正式開工興建，1996年7月27日提前建成并進行空載試運行.

二、事故的發生及危害

1996年7月27日，下午3點機組空載試運行，開始聽到轉動有磨擦聲音，半小時后聞到燒像皮氣味，立即停機，拆開轉輪發現轉輪多處磨損，主軸密封環的上下45度方向磨損，轉輪疏齒被磨損并變形.根據上述情況，兩臺機組蝸殼有報廢的可能，將造成更大經濟損失.水輪機不能正常運轉，必須分析原因，進行加固處理。

三、原因分析

制造廠設計人員、監理工程師和業有關技術人員，經過近半個月的分析研究，一致認為如果處理不得當，將造成兩臺蝸殼報廢，損失近千萬元.當時共提出兩種方案，一是認為蝸殼本身剛度不夠，所以在充水時，造成蝸殼局部變形，必須加固蝸殼.但加固蝸殼有很大的風險性，另一種意見認為蝸殼最大斷面直徑為12m，材質為1～6m厚的A3鋼板，最大水頭70Zzn，加水擊壓力為10m，出廠時曾傲過16IPa的水壓試臉，認蝸殼本身的強度和剛度是夠的，主要問題有兩點：其一，蝸殼進口采取上進水，而且由于受壩縫的限制，必經在蝶閥和蝸殼之間設一道伸縮節.這樣，蝸殼上端在充水時，近似于自由端，全部水推力靠基礎平衡；其二，是蝸殼下支座非常薄弱，在蝸殼與基礎之間，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，經不起來自上端較大的傾復力矩的作用，當機組充水后，卻產生了較大的彈性變形，使蝸殼整體向水流方向傾斜一個角度，造成了上述事故的發生。為了方便分析，在蝸殼周圍分設14塊千分表，多次做蝸殼充水試驗，證實上述原因的分析是正確的.。

四、處理方案

1、理論根據

根據上述分析，造成事故的原因，一是蝸殼上進水近似于自由端，蝸殼進水口端的水平推力只能靠下部支座來平衡。二是蝸殼的下部支座、斷面小而直立。抗彎能力差為了解決上述問題，必經進行詳細的結構計算，最好是用空間有限元法計算，把各部位的變形和蝸殼剛度都精確地計算出來，采取恰當的處理方案。但由于工期緊，計箕時間較長，如果能采取簡化計算，能說明結構缺陷，達到加固的的目的.保證機組安全運行，即使多用點加固材料，這樣機組能提前投產，也是經濟的。本著這個思想，為便于分析可把蝸殼簡單地成一個剛體，整個蝸殼安裝后，簡化成一個看懸特桿件、一端是自由端，另一端是固定端，上端在蝸殼充水時有一個水平推力，在此力的推動下，蝸殼發生彈性變形，經過蝸殼多次充水試驗，證實基本與實際相符。

2、處理方案

（l）加大并加高蝸殼基礎

根據計算，機組在承受最高水位甩負荷時，軸向水平推力為16Jr，這個力大都由新增大的基礎來承擔，這時要求墓礎必須堅固可靠，且有適當的安全系數.但受場地的限制，靠蝶閥一側，只能加長90mm加高10cm的混凝土基礎，靠調速器一側，即蝸殼的右側只能加長70cm，加高50cm的混凝土基礎，在考慮混凝土基礎上，為使新基礎靠，在老混凝土基礎上，鋪一塊厚基礎鋼板，再用32螺紋鋼筋將該基礎板加固在老混凝土基礎上，然后每側用三塊厚為30Inm的加強鋼板，一端焊接在蝸殼上，另一端焊接在基礎板上，并將插筋搭接焊成鋼筋網格，每根鋼筋分別同三塊加強板焊牢，然后周圍用5m厚的鋼板做混凝土模板，在中間澆筑特種混凝土，（流態、早強、微膨脹、粘結力強的混凝土）在整個加固過程中，始終堅持用千分表監視蝸殼變形，以防止過大的永久變形，造成整個加固工程失敗.

（2）平衡蝸殼進口水平推力

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

五、加固施工

1、基礎加固

經過近1個月緊張的加固工作，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，插人老基礎混凝土0Inl深。在插人的一端，鋼筋作劈頭加契子，埋人時將孔內灌砂漿，并用大錘破擊使之加固牢靠，等砂漿達到一定強度后，將基礎板，按插筋孔的位置，割孔并放在老混凝土基礎上，抹細石混凝土墊層，再將基礎板套上插筋放到混凝土墊層上，再用螺絲帽將基礎板壓緊，并且用水平尺找平。等混凝土到強度，用千斤頂作拉伸試驗，每根插筋可承受20T拉力然乒先將三塊加強鋼板焊接到蝸殼上，焊接要特別注意焊接工藝防止蝸殼出現過大焊接變形，采用了先在蝸殼上施焊，另一端自由，且采取斷續焊，焊縫接頭處鋼板上打出缺口，宜消除焊接應力，加強板另一端跟基礎板焊接時，為減少蝸殼變形不直接焊到基礎板上，而是用兩塊墊板，下端跟基礎板焊接，上端與加強板焊接，將加強板夾在中間，加強板下端仍然是自由狀態。經監測，整個蝸殼上下變形，其他方向未變形，在規范允許范圍之內.。

2、頂杠安裝

為平衡蝸殼上進口的水平推力，在蝸殼進水管中心線位置，加一根頂杠，根據頂杠受力為16OT，設計直徑為20mm的45號實心園鋼，一端安裝在靠墻的基礎板上，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，將靠蝸殼一端用契字板打緊。.

六、加固處理效果

將水輪機兩側基礎加固，僅將加強板和鋼筋加固完成.并加上頂杠.未澆筑混凝土之前，就做了充水試驗，經觀測效果非常顯著，己能初步滿足運行條件，當澆筑混凝土（特種混凝土），使蝸殼基礎剛度進一步加強，已消除了蝸殼傾斜變形。使機組滿足正常運行。

七、結束語

潘家口防汛自備電站蝸殼發生傾斜事故，采取了最經濟的加固方案，用最短的時間，

較少的資金使其恢復正常運行，一次加固成功.從而得到三點啟示：

1、臥式機組，蝸殼為上進水，設計伸縮節時，必須將其在蜂悶的上游側，用鋼管來平衡水平推力；

2、必須核算蝸殼支座的抗傾復的強度和剛度；

3、在處理蝸殼的缺掐時，盡量減少在蝸殼上的焊接量，并特別注意焊接工藝，并進行監測變形，以防止因補焊造成蝸殼產生永久變形，而使蝸殼報廢，造成不應有的較大經濟損失。