越南寶路水電站2號機組振動故障的處理
2014-01-09 03:11:18韋蘭庭
韋蘭庭
【摘 要】水輪發(fā)電機組的異常振動對設(shè)備穩(wěn)定運行構(gòu)成嚴重威脅，如不能及時處理，將會使得故障擴大，造成嚴重后果。本文就日常運行觀測的機組振動數(shù)據(jù)進行分析，針對推力頭與鏡板之間絕緣墊腐蝕損壞提出墊金屬箔的應(yīng)急處理方案，對設(shè)備不能長時間停機檢修提供一個應(yīng)急參考方案。
【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機組振動；推力頭與鏡板；絕緣墊腐蝕
1.電站的概況及主要相關(guān)參數(shù)
2.故障現(xiàn)象
水輪發(fā)電機組振動的振源比較復雜，有水力-機械-電氣等因素。因設(shè)計與制造，安裝，檢修及運行等原因，水輪發(fā)電機組在運轉(zhuǎn)中的振動是一種普遍現(xiàn)象，不可能完全避免和消除，機組的一般振動不會造成危害，但振動嚴重超過了允許值，尤其是長期的周期振動及發(fā)生共振，會對機組的使用壽命及電站的安全經(jīng)濟運行帶來嚴重的危害。
從以上數(shù)據(jù)的對比，不能發(fā)現(xiàn)，機組在出現(xiàn)振動異常后的1個多月時間內(nèi)，發(fā)電機上導軸承的振幅明顯增大，尤其是上導軸承的軸向振幅變化，水導軸承的振幅變化小；而且，機組的振動幅值在不同工況下比較相近，因此，可以初步判斷，引起機組振動的原因是機械方面的因素，故障的可能位置在發(fā)電機部分，是部件，聯(lián)接件或支撐的松動引起的。
目前，越南的電力架構(gòu)主要還是以水電為主，但受季節(jié)影響，電力供應(yīng)在旱季短缺較嚴重。當前，正值越南旱季，因此，發(fā)電站須盡可能確保電力供應(yīng)，這就要求發(fā)電設(shè)備完好，即使檢修，也要盡量縮短工期。
3.應(yīng)急處理
從停機后的檢查項目結(jié)果，并一道分析振動測量的數(shù)據(jù)，軸向的振動幅值增大很明顯，那么推力軸承將是檢查的重點。
進一步檢查發(fā)電機推力軸承，發(fā)現(xiàn)推力頭與鏡板的聯(lián)接螺栓松動，聯(lián)接螺栓墊圈下的絕緣墊和絕緣套筒損壞并掉到油槽里。因停機時間的限制，要求盡快修復并投入運行，檢修人員重新更換了聯(lián)接螺栓墊圈下的絕緣墊和絕緣套筒后，恢復上導軸承，并開機試運行后，檢測的機組振動參數(shù)如下：
不難看出，機組的振動幅值并沒有降下來，因此，簡單的認為推力頭與鏡板的聯(lián)接螺栓松動是機組長期運行或安裝時沒擰緊造成的，這樣的想法是錯誤的，而真正的原因并沒找到。因機組須完成發(fā)電量，只好先投入發(fā)電運行。但接下來，機組振動又趨增大，在2012年5月3日，檢修人員檢查了推力頭與鏡板的聯(lián)接螺栓，發(fā)現(xiàn)螺栓又松動，上緊螺栓后，恢復設(shè)備，投入運行。并做跟蹤監(jiān)測，以下是機組運行過程中的振動檢測值：
處理了推力頭與鏡板的聯(lián)接螺栓后，機組振動有所下降，但振幅還是較大，隨著運行時間的延長，機組振動幅值又增大，而且增大趨勢很快，估計聯(lián)接螺栓已經(jīng)松動。此時，越南南方已進入雨季，設(shè)備具備停機檢修的條件，因此，必須對推力軸承做擴大性檢查。
4.擴大性檢查及處理
2012年7月，停機檢查了推力軸承，瓦塊和瓦面良好，瓦塊托盤沒有裂紋和變形，承重螺栓沒有變形，鎖母沒有松動。推力頭與鏡板聯(lián)接螺栓有松動，推力頭與鏡板之間的絕緣墊嚴重腐蝕，如圖1所示。
經(jīng)過一年半的運行，絕緣墊被嚴重腐蝕，因而機組軸線改變，造成機組振動。隨著運行時間的推移，機組的振動將使推力頭和鏡板的聯(lián)接螺栓松動，引起機組更劇烈的振動。這才是機組振動的根本原因。
在推力頭和鏡板之間的絕緣墊是2mm厚的環(huán)氧玻璃布層壓板，目前，國內(nèi)普遍采用磨削絕緣墊的辦法來調(diào)整機組軸線。絕緣墊表面磨削不平整，推力頭或鏡板之間絕緣墊的接觸面不密實，特別是存在局部凹凸區(qū)，機組在運轉(zhuǎn)過程中，鏡板、推力頭極其聯(lián)接螺栓都會存在彈性變形，因在推力頭和鏡板及絕緣墊之間存在縫隙或空腔，那么，在彈性變形的作用下，潤滑油在縫隙和空腔處產(chǎn)生流動，對絕緣墊產(chǎn)生汽蝕腐蝕，其機理與水介質(zhì)的汽蝕機理是一樣的，而且，油中空氣的溶解度比水還要大，對汽蝕的破壞不容小覷。隨著運行時間的延長，絕緣墊腐蝕量的增大，造成聯(lián)接螺栓的松動，使得推力頭與鏡板之間產(chǎn)生微小相對位移，也會使他們之間的油液不斷被擠壓或吸吮，加劇了絕緣墊的汽蝕。磨削絕緣墊的平面度越差，局部凹凸區(qū)越多，造成推力頭或鏡板與絕緣墊接觸面越小，在絕緣墊被腐蝕后，這種松動現(xiàn)象愈發(fā)嚴重。機組運行的油溫增高，也會加劇局部空腔區(qū)域的油液的擠壓和吸吮。而絕緣墊本身是層疊壓結(jié)構(gòu)，在軸線調(diào)整時，磨掉了表面組織細密層，也是容易造成汽蝕破壞的因素之一。
因受檢修時間的限制，提出以下處理方案，以作應(yīng)急處理：根據(jù)安裝的原紀錄，絕緣墊機組軸線調(diào)整時，在一個方向上，兩端的厚度差為0.02mm。更換了新的絕緣墊，用市面上購買到的日本產(chǎn)成品合金鋼箔，厚度分別為0.01mm，0.02mm，0.03mm，0.04mm及0.05mm，寬度為100mm，根據(jù)需要，選擇合理的厚度的金屬箔，先將絕緣墊四周墊平，使得推力頭與鏡板之間的間隙一致，然后，將其中一邊墊厚0.02mm即可。
經(jīng)過以上工藝的處理，恢復設(shè)備，機組經(jīng)盤車后，滿足《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》的要求。充水試機，機組啟動運行，機組振動指標正常。具體參數(shù)如下：
從2012年7月檢修處理后投入運行，到2013年8月，機組運行都一直平穩(wěn)。在2013年9月，運行人員發(fā)現(xiàn)機組振動幅值有所增加，而且增加的趨勢較大。檢修人員于2013年10月1日拆開上導軸承，發(fā)現(xiàn)推力頭與鏡板的聯(lián)接螺栓有幾顆松動，有一顆斷裂，分析是2012年7月檢修時螺栓扭矩過大或疲勞導致。絕緣墊及金屬箔的照片如圖2所示。
從照片中可看出，推力頭與鏡板之間的絕緣墊及金屬箔相對完好，這也說明，絕緣墊磨損的主要原因是絕緣墊表面存在凹凸區(qū)，推力頭和鏡板之間的松動或聯(lián)接螺栓的彈性變形，使得潤滑油在絕緣板面上的壓力脈動，造成汽蝕腐蝕，同時，絕緣墊的原密實質(zhì)地的表面，對延緩腐蝕也起到一定的阻礙和延緩作用。
將原絕緣墊裝回，根據(jù)原始記錄更換新的金屬箔，回裝恢復推力及上導軸承。開機試運行，所測得機組振動值恢復正常。整個檢修時間持續(xù)16個小時，大大縮短了檢修工期。
5.結(jié)束語
我國目前還沒有專門水輪機振動的專門標準，一般只規(guī)定水輪發(fā)電機組軸系的振動雙幅值與機組轉(zhuǎn)速的關(guān)系，而不是按振動的頻率來規(guī)定允許振動的幅值，況且，對于中小型機組而言，其軸承本身軸頸較小，軸瓦間隙不大，所測得的振幅可能還沒超過規(guī)定值，但已經(jīng)嚴重影響到機組的穩(wěn)定運行。對中小型機組，一般都不安裝在線監(jiān)測裝置進行實時監(jiān)控機組的振動值，因此，日常運行注意觀測機組轉(zhuǎn)動部分擺度，如發(fā)現(xiàn)有異常，應(yīng)測量上導和水導軸承的振幅，速度和加速度，根據(jù)振動的強度和沖擊力度，以及振動發(fā)展的趨勢，判斷可能出現(xiàn)的問題所在，采取相應(yīng)的處理措施，以免故障擴大。因設(shè)備停機時間的限制，對單一因素引起的機組振動，根據(jù)安裝原始數(shù)據(jù)，采用在推力頭與鏡板之間加金屬箔墊的應(yīng)急方案，可以解決機組在較長時間內(nèi)穩(wěn)定運行，為設(shè)備有計劃的檢修提供可行的實踐基礎(chǔ)。 [科]
