某抽水蓄能機組下導軸承蓋板固定螺栓脫落原因分析

盧 彬，李甲駿，昌杰朋，趙曉明，劉 肖

（河北張河灣蓄能發電有限責任公司，河北 石家莊 050300）

張河灣抽水蓄能電站是一座日調節純抽水蓄能電站，共安裝4臺立軸單級混流可逆式水泵水輪機組，機組單機容量250 MW，總裝機容量為1 000 MW。以一回500 kV線路接入河北南部電網，承擔系統調峰、填谷、調頻、調相及事故備用等任務。我廠發電電動機生產廠家為日本富士，型號為GDH7057S－09。發電電動機為立軸、半傘式、三相、50 Hz、空冷、可逆式、同步發電電動機。發電電動機有發電(G)、抽水(P)、發電調相(GC)、抽水調相(PC)、停機(SS)5種穩定工況，另外還設有拖動（BTB）、黑啟動（BS）、線路充電（LC）等特殊工況。機組發電方向（發電、發電調相、線路充電工況）運行時，機組旋轉方向為順時針，機組抽水方向(抽水、抽水調相工況)運行時，旋轉方向為逆時針。

1 故障情況概述

2016年1月9日，某電站在機組定檢過程中對推力及下導上油盆蓋進行檢修時，發現下導軸承的軸承蓋板固定螺栓(M16，8.8級）脫落10根，且集中于-Y方向，其中在內油盆蓋上找到2根脫落螺栓，其余8根未發現，推測已落入推力內油盆中。2根脫落螺栓的絲扣上，帶有從下導軸承蓋板支座上咬下的母材，其中1根達4圈之多，脫落螺栓及所帶出母材見圖1。

下導軸承蓋板為8塊均分，共32顆垂直把合螺栓，10根螺栓脫落，已近把合螺栓的三分之一，對下導瓦蓋上剩余22顆螺栓進行檢查，發現脫落螺栓區域附近的螺栓均有不同程度的松動現象，在此情況下，下導軸承存在極大的松動風險，若繼續運行，可能會造成下導瓦的嚴重損壞，必須立即開展檢修。

圖1 脫落螺栓及所帶出母材

在下導瓦蓋拆開吊起后，運維人員經過測量發現：瓦蓋厚度32 mm、母材螺孔深度50 mm（其中絲扣部分約40 mm）；瓦蓋32顆螺栓中30顆螺栓長度為50 mm，2顆為45 mm，2顆45 mm的螺栓均為脫落的螺栓；脫落的螺栓螺紋上均帶有絲扣，長的絲扣約有10 mm，短的約5 mm，螺栓上的彈簧墊片約4.5 mm、平墊約2 mm，螺栓安裝部位和分布見圖2。

經與調度溝通，將機組轉為D級檢修，對下導瓦蓋板進行拆解檢查，蓋板拆除后對下導瓦及軸領進行檢查，未發現異常情況。同時打開推力觀察孔，在推力下油盆處發現全部8顆螺栓及彈簧墊和墊圈。

圖2 （a） 下導軸承蓋板螺栓位置

圖2 （b） 下導軸承蓋板脫落螺栓分布

經過計算分析，發現脫落的10顆螺栓里，與母材把合部分絲扣長的約為50-30-4.5-2=11.5 mm，短的約為45-30-4.5-2=6.5 mm；而國標要求M16的螺栓把合長度應不低于16×1.25=20 mm。

查閱相關資料及與發電機廠家溝通后，確定原因為M16螺栓把合長度不合格，同時油盆內不應使用彈簧墊圈的鎖緊方式，最終決定將把合螺栓加長10 mm至60 mm，并改變原有螺栓鎖緊方式，取消原有平墊圈和彈簧墊鎖緊方式，改為采用1 mm厚單耳止動墊片鎖緊，60 mm的螺栓把合長度約為60-32-1=27 mm,滿足國標要求，緊固力矩參考M16/8.8級螺栓把合國家標準，確定為206 N·m。

2 故障原因分析

在機組運行過程中，機組旋轉過程中大軸與下導瓦在接觸時會產生一股橫向的撞擊力，該力道傳送到擠壓楔子板處，由于楔子板是有角度的，導致形成向上的沖擊力，而瓦蓋是與楔子板固定的，這股沖擊力就帶動瓦蓋向上沖擊，經過機組長時間運行，加上瓦蓋螺栓把合不夠，就導致了螺栓咬下絲扣脫落的現象，判斷先是2根45 mm的螺栓脫落，而后附近的50 mm的螺栓開始脫落，脫落區域在逐步擴大。

同時廠家通過核對施工圖紙，確認下導瓦蓋螺栓處不應使用彈簧墊片，應只用一個鎖定片。

直接原因：M16螺栓把合長度不合格，同時油盆內不應使用彈簧墊圈的鎖緊方式。

間接原因：機組在安裝期間，施工隊伍未嚴格按照國家標準及廠家圖紙資料施工，錯誤的使用M16×50螺栓，甚至包含2顆M16×45，同時在油盆內部使用彈簧墊作為螺栓防松動措施，暴露了施工過程中工藝要求不嚴格，對螺栓的使用疏于管理。

3 防范措施

（1）結合機組定檢，通過內窺鏡檢查下導軸承瓦蓋螺栓是否存在螺栓松動及脫落現象，如有發現，及時申請檢修，針對性消缺。

（2）結合機組C級及以上檢修，對其他機組下導軸承瓦蓋螺栓進行全面拆卸檢查，對螺栓把合長度不滿足要求的和使用彈簧墊圈防松的螺栓進行更換。

（3）對螺栓的使用做到舉一反三，檢查機組各個部位螺栓把合長度，螺栓的使用做到嚴格管理，杜絕施工過程中的麻痹大意。

4 結束語

小螺栓引發大缺陷的案例屢見不鮮。機組重要部位固定螺栓的采購、安裝或更換過程中，除了做好硬度測量、光譜檢驗、理化試驗、無損檢測外，還需在基建安裝階段、運維檢修階段結合機組檢修復核螺栓尺寸和力矩，對螺栓的把合長度做到嚴格管理，嚴格按照圖紙及國家力矩標準施工，提高螺栓安裝工藝及監督，杜絕因螺栓質量或安裝不達標引起的安全事故。同時在機組運行階段，要做到精心維護，發現異常情況及時分析處理，保證設備的良好運行狀態。