青居水電站1F機組導水機構滾動軸承磨損處理

周 亞，周 鑫，羅云江，袁文進，鄒 浩，金 壯

（四川華能嘉陵江水電有限責任公司，四川 南充637000）

1 引言

青居水電站位于四川省南充市高坪區青居鎮，是嘉陵江干流蒼溪縣至合川縣河段十三級開發中的第十個梯級電站。電站主要經營水力發電，兼顧航運。該電站為貫流式機組，裝機容量為4×34MW，青居水電站1F機組主要參數見下頁表1，機組結構及導水機構結構圖詳見圖1、圖2。

圖1 青居水電站水輪發電機組剖面圖

圖2 青居水電站導水機構圖

青居水電站水輪機導水機構為錐形導水機構，錐頂角為60°。導水機構由內配水環、外配水環、16只活動導葉、控制環及操作機構等組成。導葉操作機構采用彎曲連桿的形式，控制環分兩瓣采用螺栓連接。軸承槽由控制環、壓環、外配水環組合而成，軸承槽截面為菱形，與鋼球接觸為點接觸，控制環、壓環、外配水環材料為Q235A，鋼球材料為GGr15軸承鋼，直徑50.8mm。導水機構滾動軸承局部詳見圖3。

圖3 青居水電站導水機構滾動軸承局部圖

表1 青居水電站水輪發電機主要參數

2 導水機構滾動軸承磨損情況

在2017年1F機組導水機構檢修過程中，發現導水機構滾動軸承的上部壓環和控制環與外配水環之間無間隙（設計間隙為2mm），且有磨損；下部壓環和控制環與外配水環之間間隙4mm左右（設計間隙為2mm），詳見表2。

通過泄壓閥動作實驗，泄壓閥動作時間在29s左右（初始安裝原始數據為24s）。

表2 導水機構滾動軸承修復前實測間隙檢查 單位：mm

拆除壓環后，發現導水機構滾動軸承下半部分鋼球成S形排列，鋼球及軸承槽銹蝕嚴重，另外導水機構滾動軸承的軸承槽上部有5～6個鋼球間隙（設計間隙為2～3個鋼球間隙），且軸承槽有明顯磨痕；控制環、壓環、外配水環與鋼球接觸部位（圖3中A、B、C、D處）因磨損產生一條寬為15mm，深為1.5mm的弧形槽，詳見圖4。

圖4 滾動軸承上半部分磨損情況圖

導水機構滾動軸承磨損的原因主要有：

（1）機組經過長期運行，導水機構滾動軸承槽的間隙變大及潤滑狀況不佳；

（2）在重錘、控制環和壓環等部件的重力作用下，軸承槽與鋼球的相對運動產生摩擦，造成軸承槽上下部磨損程度不一致；

（3）在導葉接力器操作力的作用下可能產生附加的徑向力或軸向力，加劇鋼球與軸承槽的磨損；

（4）鋼球材料為GCr15軸承鋼，控制環、壓環及外配水環材料為Q235A。鋼球與軸承槽為點接觸，壓強較大，鋼球硬度大于控制環、壓環及外配水環。

3 導水機構滾動軸承磨損處理方案

導水機構滾動軸承磨損處理方案：

（1）由于重新制作與拆裝外配水環時間較長，對外配水環在不拆卸狀態下進行修復。

（2）由于重新制作控制環時間較長，但控制環極易拆卸與回裝，為了保證修復質量，對控制環進行返廠修復。

（3）由于壓環彈道槽磨損嚴重，如大面積進行補焊，焊接變形難于控制，故需重新制作。

（4）鋼球全部更換：材質為GGr15軸承鋼（GB308公差等級G100級），尺寸直徑為50.8mm，鍍鉻。

3.1 外配水環及控制環修復

采用焊接方法對導水機構的外配水環及控制環進行修復，修復過程中采取控制措施，使得焊接修復的外配水環及控制環符合設計要求。

外配水環修復過程：①首先將需要補焊處理的外配水環磨損區域表面的油污等清理干凈；②其次用火焰槍加熱去除外配水環油脂及水分；③焊接前按整圓周300mm長劃等分線；④對外配水環磨損部位進行修磨，修磨深度為0.3mm；⑤對打磨處進行焊接；⑥對補焊區域進行修磨；⑦最后進行PT探傷檢查。

控制環修復過程：①首先將需要補焊處理的控制環磨損區域表面的油污等清理干凈；②其次用火焰槍加熱去除控制環油脂及水分；③焊接前按整圓周300mm長劃等分線；④再者對控制環磨損部位進行修磨，修磨深度為0.3mm；⑤對打磨處進行焊接（補焊厚度留有加工余量）；⑥按照原圖紙尺寸對控制環進行車削加工；⑦最后進行PT探傷檢查。

外配水環及控制環焊接修復工藝要求：1）消除焊接殘余應力：兩名焊工同時兩邊對稱焊接，且同方向移動；每段焊縫只允許焊接一次，且長度不超過300mm；焊接后必須迅速用鐵錘對焊縫進行打擊以消除焊接殘余應力。2）焊后修磨：邊打磨邊用樣板檢查，使其圓滑過渡，焊后尺寸及粗糙度等盡量達到相關圖紙要求。3）車削加工：對控制環按照原圖紙尺寸進行車削加工，加工后尺寸及粗糙度等應達到相關圖紙要求。4） PT探傷：對補焊焊縫及熱影響區域進行PT探傷，要求無裂紋。

3.2 導水機構滾動軸承回裝后檢查

導水機構回裝后對機組的壓環與外配水環間隙及控制環與外配水環間隙進行檢查，檢查數據詳見表3，均符合設計要求。

通過泄壓閥動作試驗，泄壓閥動作時間在25s。由于導水機構滾動軸承磨損修復后，減少了導水機構動作摩擦力，縮短了泄壓閥動作時間，實測值與初始安裝原始數據差1s左右，滿足設計要求。

表3 導水機構滾動軸承間隙檢查 單位：mm

3.3 機組投運后的跟蹤監測

經過導水機構滾動軸承回裝后間隙檢查以及泄壓閥動作時間，均達到機組的設計要求。然后先讓機組空轉1h，監測機組各部位的振動與擺度，各項指標均合格后，進行機組并網運行，監測機組的運行指標，運行指標均符合機組運行的相關要求，確定1F機組能安全可靠地長期運行。

4 結束語

青居水電站1F機組經過近1年的運行檢驗，機組的振動與擺度均在運行規定的范圍內，機組開停機及平時負荷調整均正常。

表4 1F機組水導軸承處理前后振擺記錄表 單位：um

由此可見青居水電站1F機組導水機構滾動軸承磨損處理過程是成功的，不僅提高了導水機構控制環及外配水環的重復利用率，節約更換外配水環及控制環的資金，大大縮減因導水機構滾動軸承磨損導致無法運行的時間，增加了機組的效益。因此，此次對青居水電站1F機組導水機構滾動軸承的處理流程和方法，可對其他貫流式水電站出現類似問題提供一定參考。