蔡家洲水電站水導(dǎo)軸承甩油環(huán)故障淺析

摘要：介紹了蔡家洲水電站水導(dǎo)軸承甩油環(huán)的一個(gè)重大故障，分析了其故障原因，并提出了相應(yīng)的處理措施，以免類似故障的再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：水導(dǎo)軸承;甩油環(huán);定位銷孔

0 引言

水導(dǎo)軸承是水輪發(fā)電機(jī)組的重要部件，有如下作用：（1）將承受的徑向力和轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量通過(guò)軸承座傳遞到管型座上;（2）限制水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的徑向位移，保證機(jī)組大軸中心、機(jī)組中心、旋轉(zhuǎn)中心“三心”同心。甩油環(huán)為水導(dǎo)軸承的重要部件，它的正常運(yùn)行對(duì)保證水導(dǎo)軸承及水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行十分重要。

1 問(wèn)題的提出

蔡家洲水電站位于長(zhǎng)沙市望城區(qū)湘江干流蔡家洲。電站廠房?jī)?nèi)裝設(shè)6臺(tái)單機(jī)容量為9.5 MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量57 MW，設(shè)計(jì)年平均發(fā)電量2.315億kWh，年利用小時(shí)4 061 h。機(jī)組安裝高程13.8 m，最高水頭6.8 m，最小水頭1.5 m，設(shè)計(jì)水頭3.7 m，轉(zhuǎn)輪直徑6.75 m，額定轉(zhuǎn)速68.2 r/min。

2020年5月，電站工作人員在巡視電站3#機(jī)組燈泡體時(shí)，發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)軸承處有金屬刮擦聲音，聲音隨著機(jī)組大軸的轉(zhuǎn)動(dòng)周期性出現(xiàn)，并且水導(dǎo)軸承蓋處有透平油甩出。機(jī)組在線監(jiān)測(cè)裝置記錄的水導(dǎo)軸承處振動(dòng)擺動(dòng)值如表1所示。

將測(cè)量的實(shí)際值與機(jī)組整定值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)水導(dǎo)軸承振動(dòng)擺動(dòng)值是正常的，但出現(xiàn)金屬的刮擦聲音是不正常的。仔細(xì)觀察聲音來(lái)源，發(fā)現(xiàn)其是從水導(dǎo)軸承蓋處傳出來(lái)的，水導(dǎo)軸承蓋的內(nèi)部可能有重大安全隱患。為保障機(jī)組安全，電站工作人員決定停機(jī)進(jìn)行檢查。3#機(jī)組停機(jī)后，電站工作人員拆開水導(dǎo)軸承蓋檢查，確實(shí)發(fā)現(xiàn)了異常情況。大軸甩油環(huán)把合螺栓已掉了一個(gè)，掉螺栓的一側(cè)兩瓣甩油環(huán)已經(jīng)分離，兩瓣甩油環(huán)相距約15 cm，繼續(xù)拆下甩油環(huán)，發(fā)現(xiàn)不少零部件都有刮傷或損壞現(xiàn)象，統(tǒng)計(jì)損壞的零部件如下：（1）擋油板已變形（圖1），擋油板壓緊螺栓已損壞;（2）甩油環(huán)把合螺栓脫落一個(gè)，甩油環(huán)已松脫;（3）甩油環(huán)輕微變形;（4）主軸銷釘孔變形（圖2）;（5）甩油環(huán)銷釘孔變形（圖3）。

2 事故原因分析

圖4為水導(dǎo)軸承上半部分圖紙，圖紙左邊為上游側(cè)，右邊為下游側(cè)。甩油環(huán)安裝在水導(dǎo)軸承瓦的下游側(cè)。在機(jī)組旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，潤(rùn)滑水導(dǎo)軸承的潤(rùn)滑油會(huì)從水導(dǎo)軸承瓦與大軸之間的間隙甩出來(lái)，其中上游側(cè)甩出的油進(jìn)入大軸保護(hù)罩，經(jīng)大軸保護(hù)罩下面的排油管，流回軸承油箱;下游側(cè)甩出的潤(rùn)滑油經(jīng)甩油環(huán)、擋油板的共同作用，無(wú)法從軸承蓋與大軸之間的間隙甩出，從而使聚集的油液從水導(dǎo)軸承下的排油管流入軸承油箱，這就是甩油環(huán)的作用。甩油環(huán)分為兩瓣，安裝在水導(dǎo)軸承的下游側(cè)。甩油環(huán)兩瓣用高強(qiáng)度螺栓把合，緊緊地貼緊主軸，在甩油環(huán)與主軸接觸面上涂了一整圈厭氧型密封膠，以隔絕機(jī)組油通過(guò)。

甩油環(huán)兩瓣分離，電站工作人員分析其主要原因?yàn)榉职昝媛菟]有擰緊或防松不足。螺栓先松開一點(diǎn)，甩油環(huán)竄動(dòng)空間就會(huì)加大一點(diǎn)，運(yùn)行時(shí)甩油環(huán)的振動(dòng)就會(huì)加大一點(diǎn)，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期作用，螺栓松開量越來(lái)越大，最終螺栓會(huì)完全松開，甩油環(huán)一邊分離。整個(gè)過(guò)程中，甩油環(huán)與主軸的定位銷承受著長(zhǎng)期的交變應(yīng)力，且定位銷為不銹鋼，材質(zhì)較硬，使得主軸和甩油環(huán)銷孔變成橢圓形。甩油環(huán)邊上有一圈光亮帶，該處原來(lái)應(yīng)為紅色油漆面，推測(cè)甩油環(huán)分離過(guò)程中與軸承蓋上部擋油板發(fā)生刮擦，這也加劇了銷孔的損壞。電站工作人員巡視時(shí)聽到的聲音就是甩油環(huán)與擋油板不斷刮擦而發(fā)出的聲音，并且甩油環(huán)松脫后，主軸與水導(dǎo)軸瓦下游側(cè)甩出的油液沒有了甩油環(huán)的導(dǎo)向，會(huì)流向軸承蓋與大軸的間隙，所以電站工作人員巡視時(shí)能看到軸承蓋與大軸間隙處有油液甩出來(lái)。如果放任這種情況繼續(xù)發(fā)展，甩油環(huán)分離一側(cè)的間隙可能會(huì)越來(lái)越大，甩油環(huán)可能會(huì)從刮擦擋油板，發(fā)展到撞擊擋油板或者軸承蓋，甚至甩油環(huán)另一個(gè)連接螺栓也會(huì)松脫，導(dǎo)致甩油環(huán)完全脫落。試想一下，如果主軸帶著不受控制的甩油環(huán)在水導(dǎo)軸承瓦和水導(dǎo)軸承蓋之間的空腔內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，主軸、水導(dǎo)軸承等必然會(huì)遭到嚴(yán)重?fù)p壞，甚至造成嚴(yán)重的設(shè)備事故。

3 處理措施

目前甩油環(huán)的定位銷孔與主軸的定位銷孔均有不同程度的變形，如果繼續(xù)使用，甩油環(huán)振動(dòng)會(huì)比較大，分瓣面螺栓容易松動(dòng)，還有可能再次與主軸脫離。因此，原有的定位銷孔已不能使用，須在主軸與甩油環(huán)上重新鉆鉸定位銷孔。

主軸定位銷孔尺寸：直徑12.5 mm，深度15 mm;甩油環(huán)定位孔尺寸：?12H70 +0.018，深度15 mm;圓柱銷尺寸：?12×26 mm（GB/T 119.2），圓柱銷與兩個(gè)定位孔均為間隙配合。

為保證鉆孔的質(zhì)量，將主軸與甩油環(huán)返回廠家，重新鉆孔，能夠保證甩油環(huán)的定位銷孔與主軸的定位銷孔同心，以便于定位銷的安裝，這是最好的選擇。不過(guò)，將重量約為25 t的主軸返廠，并且還要拆卸轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)子、定子等部件，相當(dāng)于進(jìn)行一次擴(kuò)大性檢修，只為了鉆鉸一個(gè)直徑為12.5 mm、深度為15 mm的孔，這顯得有點(diǎn)“小題大做”。經(jīng)過(guò)綜合比較，電站決定在現(xiàn)場(chǎng)鉆鉸定位銷孔。

對(duì)該缺陷的具體處理情況如下：（1）對(duì)甩油環(huán)刮擦處的毛刺進(jìn)行打磨、修整;（2）根據(jù)圖紙要求，甩油環(huán)與擋油板的間隙為1.5～2.5 mm，由于擋油板已嚴(yán)重變形，不能繼續(xù)使用，須加工制造新的擋油板;（3）在主軸上施工且避開原來(lái)定位銷孔位置，重新鉆鉸定位銷孔;（4）在甩油環(huán)的另一瓣上重新鉆鉸定位銷孔;（5）按照?qǐng)D紙要求回裝。

處理過(guò)程中要注意以下幾個(gè)工藝控制點(diǎn)：（1）甩油環(huán)上的孔與大軸上的孔要保持徑向同心，以便于銷子安裝;（2）兩瓣甩油環(huán)把合螺栓要涂螺紋鎖固定膠，以防松脫;（3）甩油環(huán)把緊后要用0.05 mm塞尺測(cè)量甩油環(huán)與大軸的間隙，以保證甩油環(huán)已把緊并且與大軸間沒有間隙;（4）拆卸前要測(cè)量軸承蓋與大軸的間隙，回裝后要進(jìn)行復(fù)測(cè);（5）軸承蓋合縫面、甩油環(huán)合縫面、甩油環(huán)與主軸貼合面均須涂密封膠，以保證密封性能。

電站工作人員按照上述要求對(duì)甩油環(huán)進(jìn)行回裝后，啟動(dòng)機(jī)組進(jìn)行檢查，無(wú)異常聲響，也無(wú)漏油現(xiàn)象。后面機(jī)組開機(jī)運(yùn)行了幾個(gè)月，電站工作人員經(jīng)常去進(jìn)行檢查，運(yùn)行穩(wěn)定，證明徹底消除了該重大缺陷。

4 結(jié)語(yǔ)

該電站由于甩油環(huán)的一個(gè)螺栓沒有擰緊，差點(diǎn)釀成一起重大設(shè)備事故，為防患于未然，電站工作人員又對(duì)別的機(jī)組水導(dǎo)軸承處進(jìn)行了檢查，暫未發(fā)現(xiàn)明顯異常。由于該電站機(jī)組投運(yùn)時(shí)間不長(zhǎng)，還未進(jìn)行機(jī)組檢修，在以后的機(jī)組定期檢修工作中，很有必要將水導(dǎo)軸承蓋打開，檢查甩油環(huán)的運(yùn)行情況，以避免類似事件發(fā)生。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 五凌電力有限公司.燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行與檢修[M].北京：中國(guó)電力出版社，2018.

收稿日期：2021-02-22

作者簡(jiǎn)介：余豐（1984—），男，湖南長(zhǎng)沙人，工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械設(shè)備維護(hù)工作。