淺析上橋抽水站2號(hào)機(jī)組存在問題的成因與處理

曹 旭

一、概述

上橋抽水站位于安徽省懷遠(yuǎn)縣境內(nèi)的茨淮新河上橋樞紐，是淮北地區(qū)的一座大型抽水站，兼有排澇和灌溉的功能。建于20世紀(jì)70年代，站內(nèi)安裝了6 臺(tái)2800ZLQ24-4.7 全調(diào)節(jié)立式軸流泵，配套TDL325/36-40 型同步電機(jī)，總裝機(jī)容量9600kW，設(shè)計(jì)流量120m3/s。2007年更新改造后投入運(yùn)行，2014年經(jīng)過第一次機(jī)組大修，現(xiàn)已投入運(yùn)行6年，為保障茨淮新河灌區(qū)100 多萬畝農(nóng)田灌溉和芡河及躍進(jìn)溝流域1000km2農(nóng)田排澇發(fā)揮了重要作用。但是運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)在機(jī)組重載情況下，調(diào)節(jié)大角度時(shí)振動(dòng)響聲較大，經(jīng)檢查存在嚴(yán)重安全隱患。

二、問題原因分析

泵站采用機(jī)械式全調(diào)節(jié)軸流泵，葉片調(diào)節(jié)通過安裝在電機(jī)頂部調(diào)節(jié)電機(jī)帶動(dòng)擺線針輪，經(jīng)減速器減速后帶動(dòng)螺紋副絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，由于絲桿軸向固定，因此調(diào)節(jié)螺母軸向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)調(diào)節(jié)軸、軸承箱一起向上或向下移動(dòng)，與之連接的裝于電機(jī)空心軸和水泵空心軸內(nèi)的調(diào)節(jié)桿隨之共同軸向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)泵葉片調(diào)節(jié)桿軸向運(yùn)動(dòng)。葉片調(diào)節(jié)桿的軸向運(yùn)動(dòng)使與葉片相聯(lián)接的轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)葉片角度的目的。運(yùn)行調(diào)節(jié)角度時(shí)，向下調(diào)節(jié)，沒有響動(dòng)，因?yàn)檎{(diào)節(jié)軸與操作架連接處帶維度，越往下調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)軸與操作架配合越緊；上升時(shí)響動(dòng)很大，原因是操作架與調(diào)節(jié)軸螺母M100 松動(dòng)，形成一定間隙，調(diào)節(jié)軸向上調(diào)節(jié)時(shí)，升力達(dá)到一定值時(shí)，使調(diào)節(jié)軸與操作架分離，造成螺母與操作架碰撞，產(chǎn)生振動(dòng)響聲。因此，須解體處理。

三、解體處理及質(zhì)量控制

經(jīng)研究分析，只有對(duì)機(jī)組進(jìn)行解體處理，才能從根本上解決問題。拆除階段采用先上而下、先電機(jī)后水泵、先轉(zhuǎn)動(dòng)部分后固定部分的順序，安裝順序與之相反。在安裝過程中，對(duì)機(jī)組固定件高程、垂直同心、軸線垂直度（推力瓦水平）、轉(zhuǎn)動(dòng)軸線擺度、中心、各部間隙等六大關(guān)鍵部位作為控制點(diǎn)，嚴(yán)密監(jiān)測(cè)。

1.解體處理

機(jī)組轉(zhuǎn)輪輪轂解體后，發(fā)現(xiàn)與分析判定結(jié)果一致，操作架與調(diào)節(jié)軸聯(lián)接處螺母M100 松動(dòng)，間隙達(dá)到7mm；并且發(fā)現(xiàn)拐臂豎拉桿與輪轂內(nèi)臂在導(dǎo)向槽處有摩擦痕跡，是由于在生產(chǎn)制造時(shí)，運(yùn)行空間較小，用割刀切割導(dǎo)向槽處輪轂內(nèi)部多余部分時(shí)殘留毛刺較多導(dǎo)致的。經(jīng)處理后，試驗(yàn)滿足規(guī)范要求。

2.安裝質(zhì)量控制

（1）高程與垂直同心度測(cè)量

機(jī)組的安裝高程與垂直同心度合格是機(jī)組能夠順利安裝的先決條件。因此，機(jī)組安裝前對(duì)葉輪中心和電機(jī)基礎(chǔ)高程、水導(dǎo)與電機(jī)定子垂直同心度進(jìn)行復(fù)核，在它們滿足規(guī)范要求后，再對(duì)泵軸、轉(zhuǎn)輪等部件的組合尺寸進(jìn)行復(fù)核，確保符合規(guī)范要求。

（2）軸線垂直度

檢查空氣間隙，用3mm 厚的膠木尺，穿過空氣間隙，沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周，檢查有無異物；裝上上導(dǎo)瓦和推力瓦，每塊瓦表面涂少量凡士林；推力頭上平面及法蘭處沿圓周分8 個(gè)等分，并按順時(shí)針方向依次編號(hào)；裝上上導(dǎo)瓦四塊，借以控制大軸的徑向位移，按東、南、西、北四個(gè)方位，用手力扳緊即可。

軸線的垂直度是通過盤車的方法借助框式水平儀（精度為0.02mm/m）來測(cè)量調(diào)整的。調(diào)試方法：測(cè)量定、轉(zhuǎn)子高差，用其中四塊主推力瓦（裝有測(cè)溫計(jì)的瓦），根據(jù)高差調(diào)整主瓦降低或升高，然后再升四塊副瓦，使之均勻受力只要不超過水平儀一格都符合要求（軸線擺度調(diào)整后應(yīng)再復(fù)查一次）。實(shí)際調(diào)整時(shí)全部控制在0.5 格之內(nèi)。軸線垂直度測(cè)量結(jié)果見表1。

（3）軸線擺度

在軸線垂直度調(diào)整完成后，繼續(xù)通過盤車的方式來調(diào)整軸線擺度。在上導(dǎo)、下導(dǎo)、法蘭、水導(dǎo)處分別架設(shè)一塊百分表，百分表表架應(yīng)有足夠的剛度并固定牢靠。百分表測(cè)桿應(yīng)緊貼被測(cè)部件并與它垂直，大針調(diào)至“0”。按8 等分點(diǎn)逐點(diǎn)進(jìn)行盤車后，將各點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄并畫出示意圖分析。

軸線擺度調(diào)整采用刮削絕緣墊的方法，按照絕緣墊應(yīng)刮削的最大點(diǎn)的方向做一中心線，按照中心線劃分為4～8 個(gè)等分刮削區(qū)，再按照比例確定每一刮削區(qū)應(yīng)該刮削的厚度。絕緣墊刮削后，重新盤車檢查軸線擺度，直至上、下導(dǎo)及法蘭處相對(duì)擺度不超過0.03mm/m；水導(dǎo)處擺度調(diào)整時(shí)，對(duì)電機(jī)和水泵聯(lián)軸器面進(jìn)行削磨或墊片處理，直至絕對(duì)擺度不超過0.3mm。軸線擺度測(cè)量結(jié)果見表2。

表1 軸線垂直度測(cè)量記錄表（單位：mm/m）

表2 軸線擺度測(cè)量記錄表（單位：0.01mm）

表3 定、轉(zhuǎn)子磁極中心測(cè)量記錄表（單位：mm）

（4）磁場(chǎng)中心

機(jī)組軸線的擺度調(diào)整合格后，再盤車檢查推力瓦水平，結(jié)束后即可測(cè)定磁場(chǎng)中心。由于轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)低于定子磁場(chǎng)時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)受到一個(gè)向上的軸向磁拉力，從而減輕推力瓦的載荷，所以，定子鐵芯平均中心線高于轉(zhuǎn)子磁極平均中心線，其高出值小于定子鐵芯有效長度的0.5%。由于抽水站定子鐵芯有效長度平均值為361mm，所以高出值小于1.8mm 即可。定、轉(zhuǎn)子磁極中心測(cè)量成果見表3。

（5）空氣間隙

電動(dòng)機(jī)的空氣間隙如果不均勻就會(huì)產(chǎn)生磁拉力的不平衡，從而增大導(dǎo)軸承荷載，增大機(jī)械損耗，并可能引起機(jī)組強(qiáng)烈振動(dòng)，影響機(jī)組的安全運(yùn)行。所以電動(dòng)機(jī)的空氣間隙應(yīng)均勻，當(dāng)轉(zhuǎn)子位于機(jī)組中心時(shí)，定、轉(zhuǎn)子之間上、下端各間隙與該端平均間隙之差應(yīng)不超過平均間隙值的±10%。

空氣間隙的測(cè)量采用竹塞尺法，即用自制的竹塞尺配合外徑千分尺進(jìn)行間隙測(cè)量。測(cè)量在八個(gè)方位上進(jìn)行，測(cè)量結(jié)果經(jīng)過計(jì)算，有超差的要調(diào)整，直至符合規(guī)范要求。空氣間隙測(cè)量記錄見表4。

表4 空氣間隙測(cè)量記錄表（單位：mm）

表5 導(dǎo)軸瓦間隙測(cè)量記錄表（單位：0.01mm）

表6 葉片間隙測(cè)量記錄表（單位:mm）

（6）導(dǎo)軸瓦間隙

導(dǎo)軸瓦可以固定機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)軸線中心的擺度范圍，保證機(jī)組的安全運(yùn)行；同時(shí)可以使機(jī)組軸線在運(yùn)行時(shí)處于自由狀態(tài)，保證鏡板與推力瓦受力均勻。在導(dǎo)軸瓦安裝時(shí)，上導(dǎo)軸瓦單邊間隙以及下導(dǎo)軸瓦雙邊間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，且下導(dǎo)軸瓦單邊間隙在調(diào)整時(shí)需根據(jù)軸線剩余擺度和方位來確定。導(dǎo)軸瓦調(diào)整順序一般是上導(dǎo)軸瓦→下導(dǎo)軸瓦→水導(dǎo)軸瓦。導(dǎo)軸瓦間隙測(cè)量見表5。

（7）葉片間隙

大修時(shí)葉片間隙的調(diào)整是通過葉輪頭保持不動(dòng)，用手拉葫蘆改變泵殼位置的方法進(jìn)行的。在葉片處于最大安放角時(shí)，選用楔形竹條尺和外徑千分尺配合，分別取每個(gè)葉片的進(jìn)水邊、中部和出水邊三個(gè)位置進(jìn)行間隙測(cè)量，葉片間隙與相應(yīng)位置的平均間隙之差滿足不超過平均間隙值的±20%的要求。葉片間隙測(cè)量見表6。

四、結(jié)語

抽水站2 號(hào)機(jī)組解體處理完成后，于2019年12月6日進(jìn)行了13 分鐘空載試運(yùn)行，狀況良好。9日結(jié)合灌區(qū)供水，進(jìn)行重載試機(jī)，運(yùn)行124 小時(shí)，葉片調(diào)節(jié)靈活，運(yùn)行正常。

大修過程應(yīng)以質(zhì)量控制為重點(diǎn)，并統(tǒng)籌兼顧人員組織、材料采購、進(jìn)度控制等環(huán)節(jié)，才能按時(shí)按質(zhì)完成機(jī)組大修工作。機(jī)組大修查明了葉片角度調(diào)節(jié)時(shí)振動(dòng)響聲較大的原因并予以解決，同時(shí)對(duì)其他部件進(jìn)行了檢修、維護(hù)，保證了機(jī)組的運(yùn)行安全■