淮安二站1號(hào)機(jī)組大修關(guān)鍵施工技術(shù)研究

左佳佳 王予勻 張 雪

(江蘇省灌溉總渠管理處，江蘇 淮安 223001)

1 工程概況

江蘇省淮安抽水二站興建于1975年1月，1978年12月竣工。2010年10月開始加固改造，2012年12月通過機(jī)組試運(yùn)行驗(yàn)收，2015年12月通過完工驗(yàn)收。目前，裝有亞洲最大的立式軸流泵機(jī)組2臺(tái)套，配套TL5000-64同步電動(dòng)機(jī)，單機(jī)容量5000kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速93.8r/min，總裝機(jī)容量10000kW，主水泵型號(hào)為4500ZLQ60-4.89，葉輪直徑4.5m，供水設(shè)計(jì)揚(yáng)程3.90m，排澇設(shè)計(jì)揚(yáng)程4.89m，設(shè)計(jì)流量120m3/s。

2 1號(hào)機(jī)組存在的問題分析

主機(jī)泵大修是對機(jī)組設(shè)備進(jìn)行全面解體、檢查、分析、處理，并更換橡膠密封條等易損件，修補(bǔ)葉片等磨損件，同時(shí)對機(jī)組的擺度、水平、中心、高層、間隙(電機(jī)空氣、水導(dǎo)、葉片)等進(jìn)行重新優(yōu)化調(diào)整，使機(jī)組達(dá)到原先設(shè)計(jì)要求，恢復(fù)各項(xiàng)運(yùn)行性能指標(biāo)，消除長期運(yùn)行過程中安全隱患，達(dá)到較好的運(yùn)行工況，從而延長機(jī)組使用壽命，為工程發(fā)揮重大效益奠定基礎(chǔ)。

主機(jī)泵檢修周期通常為3～6年，3000～20000運(yùn)行臺(tái)時(shí)。本次1號(hào)機(jī)組大修，從2021年9月開始實(shí)施，自2012年加固改造以來，已安全運(yùn)行9年有余，超過了20000臺(tái)時(shí)，無論從運(yùn)行年限還是臺(tái)時(shí)，都達(dá)到了大修期限。隨著運(yùn)行臺(tái)時(shí)的增加，1號(hào)主機(jī)組出現(xiàn)的振動(dòng)較大、葉輪外殼滲水、轉(zhuǎn)子絕緣偏低、葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)滲油、測溫計(jì)顯示不準(zhǔn)等問題日漸增多，需要進(jìn)行大修以解決這些問題。

3 大修過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)控制

主機(jī)大修主要分為前期準(zhǔn)備、解體、檢修和安裝調(diào)整四個(gè)階段，拆機(jī)和檢修階段的部分工作在場地和人力等條件許可的情況下可以穿插安排。安裝調(diào)整階段嚴(yán)格遵循廠家設(shè)計(jì)、檢修規(guī)范的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，才能使檢修達(dá)到預(yù)期的目的與效果。

3.1 前期準(zhǔn)備階段

機(jī)組大修前期準(zhǔn)備階段主要進(jìn)行工種分類，歷年運(yùn)行資料、技術(shù)參數(shù)查詢等。1號(hào)機(jī)組大修分組進(jìn)行，設(shè)有安全技術(shù)組、機(jī)械維修組、電氣維修組、質(zhì)量檢驗(yàn)組、起重技術(shù)組。各組分工明確，嚴(yán)格操作規(guī)范、持證上崗，保證了大修的有序組織。資料主要是電機(jī)及水泵的相關(guān)圖紙、加固改造時(shí)期的安裝記錄、運(yùn)行過程中檢修記錄、歷年的預(yù)防性電氣試驗(yàn)數(shù)據(jù)等。在前期準(zhǔn)備階段，將進(jìn)水口兩扇檢修門放下，并進(jìn)行閘門堵漏，除廊道中2臺(tái)排水泵外，又臨時(shí)架設(shè)了3臺(tái)離心泵，確保了廊道排水安全。

3.2 機(jī)組解體

機(jī)組解體總體按照先外再內(nèi)、先部件再零件的原則進(jìn)行[1]。為方便后期安裝、提高工作效率，在部件拆卸前做好位置記號(hào)、設(shè)備零部件編號(hào)等，同時(shí)做好對間隙、固定部件的垂直同軸度、轉(zhuǎn)動(dòng)軸線的擺度、水平、磨損量等原始數(shù)據(jù)的記錄、檢查、分析。拆裝過程中，面臨機(jī)組零部件較大、部分螺絲銹蝕嚴(yán)重、作業(yè)空間窄小、液壓套筒扳手無法擺放等諸多問題，在使用除銹劑、潤滑油浸泡后，使用重型專用扳手或扳手套上接長桿，系上拉繩，配備一定數(shù)量的人力，共同轉(zhuǎn)動(dòng)抗棒，拆卸螺絲。在松動(dòng)聯(lián)軸器上與電機(jī)連接、下與葉輪頭連接的螺栓時(shí)，使用專用扳手配合手拉葫蘆，并用大錘敲打的方法，此方法有效且省力。

3.3 主要部件檢查及維修

3.3.1 機(jī)組軸承返廠加工

1號(hào)機(jī)解體后測量發(fā)現(xiàn)，主軸軸頸存在偏磨[2]，并有銹蝕現(xiàn)象，單邊最大磨損0.9mm，填料、水導(dǎo)處軸頸磨損、銹蝕明顯，需要回廠維修。進(jìn)廠后檢測發(fā)現(xiàn)，主軸的同心度和彎折度符合要求，導(dǎo)軸承和主軸密封處軸徑處的軸套需要更新，因此采用堆焊不銹鋼3Cr13，根據(jù)原圖紙技術(shù)與材料要求對軸頸進(jìn)行重新堆焊、加工，經(jīng)測量，加工后的平均厚度都不低于10mm，精度不低于h7。

水泵導(dǎo)軸承由于長時(shí)間的運(yùn)行，存在老化、偏磨、間隙過大等現(xiàn)象，因此對其進(jìn)行回廠重新處理加工，廠家根據(jù)圖紙要求，設(shè)計(jì)好模具，采用ZG230-500+耐油橡膠整體澆鑄在鑄鋼的軸瓦襯上，軸瓦采用分半式，并用螺釘固定在不銹鋼制成的軸承體上，軸承體用螺釘固定在導(dǎo)葉體內(nèi)。

3.3.2 定子轉(zhuǎn)子檢修及處理

1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子由廠家技術(shù)人員現(xiàn)場處理，對64組磁極分別編號(hào)，通過斷開磁極分批對其絕緣性進(jìn)行測量，經(jīng)過測量分析發(fā)現(xiàn)33號(hào)磁極電阻值過低，只有11.5MΩ，而滑環(huán)絕緣僅有0.6MΩ。為了消除溫濕度等外界條件的影響，利用不同時(shí)間重新復(fù)測，電阻值數(shù)據(jù)并無變化。此時(shí)對轉(zhuǎn)子利用清洗劑噴淋，并對滑環(huán)進(jìn)行分解，用焊機(jī)加熱轉(zhuǎn)子繞組，在不同時(shí)間段測量33號(hào)磁極絕緣電阻，其值在11.5～29.2MΩ之間波動(dòng)，絕緣性能仍然達(dá)不到預(yù)期。后將33號(hào)磁極從轉(zhuǎn)子上拆卸下來進(jìn)行清潔保養(yǎng)，用焊機(jī)進(jìn)行單獨(dú)加熱，加熱后檢測此時(shí)33號(hào)磁極絕緣電阻值為700+MΩ，趁熱對33號(hào)磁極噴絕緣漆，同時(shí)對整個(gè)轉(zhuǎn)子磁極進(jìn)行絕緣紅漆覆蓋。通過分檢磁極、清理磁極、回裝磁極焊接接頭、噴漆處理等程序，使電機(jī)轉(zhuǎn)子絕緣由10.5+MΩ提升至60+MΩ，滑環(huán)絕緣由0.6+MΩ提升至∞。定子由電氣班組除塵后，使用清洗劑進(jìn)行清理，在此期間使用勵(lì)磁進(jìn)行干燥，累計(jì)干燥48h，干燥期間由專人負(fù)責(zé)值班，每2h切斷勵(lì)磁進(jìn)行絕緣測試，測試結(jié)果顯示絕緣性能優(yōu)良。

3.3.3 葉片汽蝕處理

轉(zhuǎn)輪室拆解完成，待大軸吊出后，利用葉輪支架將葉片拉出，對相關(guān)部件進(jìn)行檢查，利用軟尺測量汽蝕的相對位置，利用深度尺測量深度，轉(zhuǎn)輪室、大部分葉片汽蝕甚微，只需對表面采用細(xì)砂輪打磨，風(fēng)鏟鏟削等方法進(jìn)行處理，對葉片汽蝕表面嚴(yán)重的點(diǎn)，采用堆焊后進(jìn)行打磨，工藝質(zhì)量符合要求，葉片型與原來保持一致。

3.3.4 主要部件耐壓試驗(yàn)

主要對調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及定子空水冷卻器等進(jìn)行耐壓測試[3]。其中，接力器使用46號(hào)汽輪機(jī)油，試驗(yàn)壓力為5MPa，30min后無滲漏、無“冒汗”現(xiàn)象?？账鋮s器試壓兩次，在檢修階段與安裝階段各試壓一次，使用清水，檢測壓力為0.3MPa，30min無滲漏現(xiàn)象。

3.3.5 電機(jī)上、下導(dǎo)軸瓦及推力瓦處理

翻閱運(yùn)行記錄，1號(hào)機(jī)組在近10年運(yùn)行過程中，導(dǎo)瓦、推力瓦溫度保持在合理范圍內(nèi)。將推力瓦拆下后發(fā)現(xiàn)八塊瓦表面以及推力頭鏡板表面都有一圓形劃傷面，經(jīng)過分析，可能因?yàn)橐簤簻p載裝置壓力油中含有硬度較高的雜質(zhì)進(jìn)入瓦表面，造成瓦面的破損，因此需定期更換減載裝置油泵濾芯。經(jīng)過檢查，瓦面、鏡板表面不存在較大的氣孔，無須補(bǔ)焊，只需研刮。推力瓦研刮時(shí)，把鏡板墊在有橡膠板的工作臺(tái)上，準(zhǔn)備好刮刀、油石、白布、酒精、研磨膏等工具材料。導(dǎo)瓦研刮時(shí)，將推力頭橫放在專用工作臺(tái)上，用白布揩凈導(dǎo)軸瓦與推力頭軸頸，用汽油洗凈油污，在推力頭根部用麻繩圍繞三圈，使研磨固定在一定范圍內(nèi)，進(jìn)行導(dǎo)瓦研刮。被研磨過的鏡板表面、推力頭和滑轉(zhuǎn)子軸徑表面，均涂一層機(jī)油，外加塑料紙保護(hù)。

3.4 機(jī)組組裝

經(jīng)過拆卸、清理、保養(yǎng)、部件加工等后，機(jī)組進(jìn)行組裝。組裝總體按照先固定再轉(zhuǎn)動(dòng)、先水泵再電機(jī)的順序進(jìn)行，在確保施工質(zhì)量、安全等前提下，也可穿插進(jìn)行?？傃b過程中結(jié)合前期的記號(hào)以及編號(hào)，使機(jī)組復(fù)裝后保持原配合狀態(tài)[4]。經(jīng)過近10年的運(yùn)行，密封墊等已老化，1號(hào)機(jī)組在安裝過程中，更換了電機(jī)與水泵所有的橡皮、墊片、紙板、石棉，拼接或者膠裝參數(shù)正確，以便與原狀配合，降低滲漏的可能。安裝過程中，著重對以下工作進(jìn)行了把關(guān)。

3.4.1 固定部分高程復(fù)核，同軸度、水平調(diào)整

經(jīng)過復(fù)核，定子、上機(jī)架、導(dǎo)葉體等固定部分的高程滿足設(shè)計(jì)要求，定子存在一定的同軸度偏差，水平滿足要求。1號(hào)機(jī)組定子采用的上下分半形式，無須松動(dòng)基礎(chǔ)墊腳螺栓，需拆卸上部連接螺栓，在東西南北四個(gè)方位架設(shè)百分表，使用千斤頂強(qiáng)迫定子上機(jī)座位移，以調(diào)整同軸度符合要求。

3.4.2 機(jī)組軸線擺度測量及調(diào)整

電機(jī)軸線擺度的測量，主要是檢查鏡板與軸線的不垂直度，把擺度的方位、大小和數(shù)值測量后，通過刮削絕緣墊，使各部分?jǐn)[度符合安裝質(zhì)量要求。在調(diào)整機(jī)組總軸線擺度時(shí)，通過刮削絕緣墊以及結(jié)合在聯(lián)軸器法蘭面加墊紫銅片來調(diào)整[5]。在拆機(jī)過程中，詳細(xì)記錄分析了鏡板水平、上下導(dǎo)瓦、水導(dǎo)處擺度，經(jīng)過長期的運(yùn)行，數(shù)值已不滿足規(guī)范要求。1號(hào)機(jī)組在安裝過程中，架設(shè)東西南北四塊臨時(shí)瓦架，安裝導(dǎo)瓦后，開動(dòng)液壓減載裝置，再用少量人工盤車，測量并調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)軸線水平、擺度、中心，使下導(dǎo)處相對擺度滿足0.03mm/m，水導(dǎo)處滿足0.05mm/m。

3.4.3 主軸定中心

為使主軸旋轉(zhuǎn)中心與機(jī)組固定部分重合，首先要測出主軸的位置，再用移軸的方法使軸與孔達(dá)到同心。1號(hào)機(jī)組定中心使用百分表測量并調(diào)整，即在泵水導(dǎo)處軸頸上，安裝上定制的分半式抱箍，在其上面固定百分表，并表頭緊貼在軸窩面上，測量并調(diào)整至符合要求。

3.4.4 機(jī)組主要部件安裝及間隙調(diào)整

在空氣間隙重新校核合格后，根據(jù)測量計(jì)算出來的擺度值，得出各塊導(dǎo)瓦的調(diào)整間隙[6]，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，上導(dǎo)瓦單邊間隙在0.11～0.15mm，下導(dǎo)瓦雙邊間隙在0.22～0.30mm。

將導(dǎo)瓦調(diào)整抱緊后，安裝水泵導(dǎo)軸承。把軸承吊入合攏再放下，調(diào)整定位，因?yàn)橄鹉z有彈性，間隙測量時(shí)一般采用頂軸法測量，要求單面間隙0.50～0.60mm符合要求，并通過盤車輕重合適再緊固螺釘，打定位銷，裝水箱部件。

拆掉所有的抱軸千斤頂，安裝葉輪外殼，采用自制的竹塞尺，涂白粉，自下而上插入葉片間隙部位，配合外徑千分尺測量間隙值。調(diào)整水泵葉片角度為0°，對進(jìn)水、中部、出水邊與葉輪外殼的間隙進(jìn)行測量并調(diào)整。一般葉片下部比上部間隙大5%～15%較為合適，葉片與動(dòng)力外圈間隙偏差不超過平均間隙的±20%。

3.4.5 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)受油器的安裝與調(diào)整

受油器的安裝在水泵、電機(jī)全部安裝調(diào)整結(jié)束后進(jìn)行，調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)受油器安裝在電機(jī)頂端。在葉片處于0°位置時(shí)，通過調(diào)整絕緣墊厚度進(jìn)行受油器底座高程復(fù)核，并調(diào)整底座與操作油管的不同軸度偏差不大于0.05mm/m，通過增減紫銅片，調(diào)整底座的水平，水平偏差不大于0.04mm/m。此次大修更換了調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)浮動(dòng)環(huán)、浮動(dòng)套、軸承、密封套、密封件等部件，更換后調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)靈活，無滲漏等現(xiàn)象。

3.4.6 測溫電阻更換工作

1號(hào)機(jī)組在上油缸設(shè)置了油缸測溫計(jì)1套、推力瓦測溫計(jì)8套、導(dǎo)瓦測溫計(jì)2套，下油缸設(shè)置油溫測溫計(jì)1套、導(dǎo)瓦測溫計(jì)2套，均采用鉑熱電阻測量，此次大修全部進(jìn)行了更換。為防止通過測溫線發(fā)生接線現(xiàn)象，測溫計(jì)與軸瓦應(yīng)用絕緣接頭，并在導(dǎo)線處套耐油塑料管或絕緣布帶，對地絕緣不低于0.3MΩ。在安裝過程中，注意每根測溫線在油缸內(nèi)部沿壁用線夾固定，盡量使線不處于懸空狀態(tài)，以免電機(jī)運(yùn)行過程中造成測溫線路的損壞。安裝調(diào)試后，經(jīng)過測試，所有溫度顯示偏差在2℃內(nèi)，符合要求。

3.4.7 電氣試驗(yàn)

在機(jī)組安裝完成后，由維修中心專業(yè)隊(duì)伍開展了電氣試驗(yàn)，所有的測試項(xiàng)目均符合規(guī)范要求，并對數(shù)據(jù)與歷年數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，繞組絕緣性能等得到了明顯的提高，所有項(xiàng)目都具備開機(jī)條件。

4 大修后效果分析

2022年1月21日，組織了1號(hào)機(jī)組試運(yùn)行，運(yùn)行過程中軸瓦與油缸的溫度、電氣參數(shù)、機(jī)組振動(dòng)、噪聲等符合要求，無異常，安全穩(wěn)定運(yùn)行8h。選取環(huán)境溫度、上下游水位差相近的兩組機(jī)組大修前后部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行了對比分析，結(jié)果見表1。

表1 大修前后部分?jǐn)?shù)據(jù)對比

通過數(shù)據(jù)分析，得知軸瓦、定子溫度、機(jī)組噪聲、振動(dòng)值等得到了有效的降低，達(dá)到了機(jī)組大修的目的。

5 結(jié) 語

淮安二站通過1號(hào)機(jī)組大修，解決了設(shè)備在長期運(yùn)行過程中的缺陷，運(yùn)行工況得到較好的改善，保證了設(shè)備的完好，確保了工程發(fā)揮最大效益。同時(shí)，此次施工中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的控制，為今后類似泵站機(jī)組大修提供了借鑒，可以大大提高工作效率，也為大修質(zhì)量提供了保障。