混流式水電機(jī)組轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)脫落的原因分析及處理

鄭建鋒，葉福新

（浙江華電烏溪江水力發(fā)電廠，浙江 衢州 324000）

某水力發(fā)電廠的機(jī)組為常規(guī)混流式，水輪機(jī)型號HL-LJ-297，發(fā)電機(jī)型號SF-J50-24/6200，設(shè)計水頭76.00 m，額定流量74.85 m3/s，額定轉(zhuǎn)速：250 r/s，大軸直徑710 mm，設(shè)計出力51 300 kW,投產(chǎn)時間為2000年末。

在一次常規(guī)設(shè)備巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)3號機(jī)組有異常，機(jī)組的震動擺度明顯比平時大，整個水機(jī)部分有間隙性抬機(jī)現(xiàn)象，上、下導(dǎo)瓦溫比平時運行瓦溫稍高，水導(dǎo)瓦溫比平時高出6℃左右，已經(jīng)接近報警值。從整個現(xiàn)象來看，機(jī)組已經(jīng)存在不穩(wěn)定運行的隱患，決定停機(jī)檢查。

1 機(jī)組檢查結(jié)果

該機(jī)組在轉(zhuǎn)輪上冠外緣設(shè)有可更換的止漏環(huán)，材料為0Cr613Ni4Mo，其硬度高于頂蓋上相應(yīng)固定止漏環(huán)的硬度。上部止漏環(huán)采用迷宮式，其設(shè)計間隙為單邊1.0～1.2 mm，裝配示意見圖1。

機(jī)組停機(jī)后，對發(fā)電機(jī)空氣間隙、水導(dǎo)軸承基礎(chǔ)及連接螺栓、軸承支柱、導(dǎo)水葉端面立面間隙、上部迷宮間隙、轉(zhuǎn)輪葉片等部位進(jìn)行了全面的檢查。檢查結(jié)果為：

圖1 上部止漏環(huán)裝配示意圖

（1）發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子的空氣間隙均在技術(shù)規(guī)范要求的范圍內(nèi)，數(shù)據(jù)合格。

（2）上下部導(dǎo)軸承間隙與上次大修時相比有較大差距，且超出允許范圍（0.26～0.4 mm），初步判斷為上下部導(dǎo)軸承有異常磨損現(xiàn)象。發(fā)電機(jī)上下部導(dǎo)軸承間隙實測量見表1。

（3）水導(dǎo)軸承的基礎(chǔ)螺栓無松動，軸承支柱螺栓無松動。但水導(dǎo)軸承的實測間隙值（圖2）與上次大修時（圖3）相比有較大變化，后經(jīng)解體后發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)軸承存在較明顯的磨損情況（見圖4）。

（4）對導(dǎo)水葉端立面間隙進(jìn)行測量后，發(fā)現(xiàn)除極個別的立面及部分端面間隙超差外，也未見明顯異常。

（5）轉(zhuǎn)輪葉片存在7處較大的裂紋、部分進(jìn)水邊區(qū)域存在明顯汽蝕現(xiàn)象。

表1 發(fā)電機(jī)上下部導(dǎo)軸承間隙值比較 mm

圖2 水導(dǎo)軸承間隙實測值

圖3 上次大修時水導(dǎo)軸承間隙值

圖4 水導(dǎo)軸瓦磨損明顯

（6）在測量上部迷宮止漏環(huán)配合間隙時，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪上部止漏環(huán)有嚴(yán)重脫落現(xiàn)象，具體表現(xiàn)為：圓周方向存在不同程度的脫落，整個上部止漏環(huán)固定與轉(zhuǎn)動部分的間隙小于0.05 mm，已經(jīng)處于卡死狀態(tài)。進(jìn)一步檢查發(fā)現(xiàn)，整個上部止漏環(huán)處于嚴(yán)重脫落狀態(tài)，固定部分與轉(zhuǎn)動部分發(fā)生嚴(yán)重碰撞，摩擦處有明顯金屬發(fā)藍(lán)及翻卷現(xiàn)象。整個上部止漏環(huán)是不對稱脫落，最大處脫落值近20 mm，最小值約5 mm。

2 原因分析

經(jīng)過討論分析后認(rèn)為，造成上部止漏環(huán)嚴(yán)重脫落并卡死的原因可能有以下幾點：

（1）設(shè)計的影響。是否當(dāng)時的熱套設(shè)計間隙過大？關(guān)于熱套的間隙與相關(guān)技術(shù)措施，在相關(guān)部件設(shè)計交付制造前都經(jīng)過嚴(yán)密的計算與論證，從理論上來說，這種可能性比較小。

（2）制造的影響。轉(zhuǎn)動部分止漏環(huán)焊縫脫落，或在熱套后因間隙過大而墊了材料，埋下隱患。這種可能性暫時不能排除，如果在制造加工過程中，由于工藝與技術(shù)的限制，導(dǎo)致實際加工部件未能完全達(dá)到相關(guān)設(shè)計要求的規(guī)范，這是有可能的，但因目前上部止漏環(huán)脫落嚴(yán)重，進(jìn)行相應(yīng)的鑒定變得困難。

（3）運行環(huán)境的影響。水力不平衡導(dǎo)致機(jī)組震動加大，或是機(jī)組的導(dǎo)軸承由于基礎(chǔ)螺栓或鎖定螺栓松動致使機(jī)組的導(dǎo)軸承間隙發(fā)生較大變化，所以在機(jī)組運行中，止漏環(huán)局部發(fā)生碰撞而導(dǎo)致發(fā)熱，引起了迷宮環(huán)的膨脹脫落[1]。

（4）綜合因素的影響。由于設(shè)計、制造偏差及運行環(huán)境變化的綜合因素影響，導(dǎo)致了機(jī)組在實際運行中發(fā)生嚴(yán)重的止漏環(huán)脫落事件，這也是最有可能的一種原因。

3 故障處理

3.1 解體方案

由于轉(zhuǎn)輪上部轉(zhuǎn)動止漏環(huán)脫落且卡死現(xiàn)象較為嚴(yán)重，需返廠處理。如采用常規(guī)的機(jī)組解體方式，即先頂轉(zhuǎn)子后卸水輪機(jī)大軸，可能會在頂轉(zhuǎn)子過程中嚴(yán)重?fù)p傷固定止漏環(huán)及其它重要固定部件。為此，檢修技術(shù)人員進(jìn)行了現(xiàn)場檢查后決定采取下列兩套方案進(jìn)行處理：

（1）頂轉(zhuǎn)子方案。發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承等分解完成，發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承暫不分解，以便在頂轉(zhuǎn)子時進(jìn)行導(dǎo)向。在轉(zhuǎn)輪底部與填充環(huán)之間和下迷宮環(huán)圓周方向打入楔子板將轉(zhuǎn)輪固定，分解連接主軸法蘭的大軸螺栓，在風(fēng)閘閘板處放置合適高度的墊子使其呈水平狀態(tài)，再啟動高壓油泵頂轉(zhuǎn)子，此時須注意檢查各轉(zhuǎn)動部件與各固定部件的配合，待風(fēng)閘上升到理想高度時將風(fēng)閘鎖定。轉(zhuǎn)動部分重量已完全落到風(fēng)閘上，發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)聯(lián)軸法蘭止口完全脫開。此時，就可吊起轉(zhuǎn)子。

（2）上部止漏環(huán)卡死的解體方案。原來設(shè)想在頂蓋與底環(huán)之間通過4只千斤頂（35 t）將頂蓋水平緩緩頂出上迷宮配合間隙后，再吊出頂蓋。但在實際操作中，上部止漏環(huán)始終處于緊緊咬死狀態(tài)，以致頂蓋無法頂出上迷宮環(huán)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況及相關(guān)圖紙的具體要求，檢修人員將頂蓋恢復(fù)至解體前的水平狀態(tài)后，拆除上部止漏環(huán)與頂蓋正面連接的48顆M16固定螺栓及固定止漏環(huán)的4顆M24背面螺釘，再利用千斤頂將頂蓋水平地緩緩頂出上迷宮配合間隙后，再吊出頂蓋，上部止漏環(huán)固定與轉(zhuǎn)動部分留待與轉(zhuǎn)輪同時吊出后一起返回制造廠進(jìn)行處理。

3.2 改進(jìn)及實施方案

上部固定止漏環(huán)與頂蓋解體后,將頂蓋與轉(zhuǎn)輪一起運回制造廠加工,卡死在轉(zhuǎn)輪上的上部止漏環(huán)轉(zhuǎn)動部分全部車除。上部止漏環(huán)固定部分取出后重新加工，與頂蓋連接并進(jìn)行補焊[2]，轉(zhuǎn)輪的上部轉(zhuǎn)動止漏環(huán)需進(jìn)行重新加工并整圓熱套。為保證其熱套的可靠性，避免此類事件再次發(fā)生，對上部止漏環(huán)進(jìn)行了局部點焊處理，并進(jìn)行了相關(guān)數(shù)據(jù)的測量，實測單邊間隙為1.2 mm，符合相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求。

3.3 后續(xù)采取的改進(jìn)防范措施

（1）對上、下、水導(dǎo)瓦重新修刮并按盤車數(shù)據(jù)按技術(shù)要求重新調(diào)整。

（2）對水導(dǎo)軸承的基礎(chǔ)螺栓進(jìn)行了打膠堅固防松處理。可保證水導(dǎo)瓦間隙不會因為基礎(chǔ)的原因發(fā)生超過規(guī)范的變化。

（3）建議運行人員在機(jī)組運轉(zhuǎn)過程中對機(jī)組振動及擺度重點監(jiān)視。一旦有異常情況發(fā)生，立即停機(jī)檢查。

3.4 處理結(jié)果

經(jīng)過處理后，上部止漏環(huán)已修復(fù)并安裝復(fù)位。通過一段時間的運行，目前機(jī)組運行過程中的各部瓦溫（見表2）及振動擺度值（見表3）均在正常范圍內(nèi)，證明此重大缺陷已消除。

表2 各部最高溫度記錄 ℃

表3 測量點振動和擺度記錄 mm

4 結(jié)語

機(jī)組上部止漏環(huán)脫落并卡死現(xiàn)象在常規(guī)混流式機(jī)組中并不常見，但其后果卻非常嚴(yán)重。很多機(jī)組的隱患并不會直接表現(xiàn)在機(jī)組的外部表象上[3]， 而需要通過相關(guān)數(shù)據(jù)來判斷，如運行過程中機(jī)組的振動及擺度，異響及異味等，這些都需要運行與檢修人員仔細(xì)檢查并作甄別后才能得知故障所在。

[1]劉 云.水輪發(fā)電機(jī)故障處理與檢修[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

[2]馬震岳．水電站機(jī)組及廠房振動的研究與治理[M].北京：中國水利水電出版社，2004.

[3]李啟榮．水電站機(jī)電設(shè)備運行與檢修技術(shù)問答（上、下）[M].北京：中國電力出版社,2004.