高壩洲水電站機組上導擺度大及上導瓦松動原因分析和處理

1、高壩洲電廠機組上導軸承故障原因分析和處理嚴力摘要：高壩洲電廠機組上導軸承由于多方面原因，一直存在擺度大，上導瓦間隙調(diào)整不均，上導瓦容易松動等情況，本文主要分析了產(chǎn)生的原因并提出了下一步的解決方案：關(guān)鍵詞： 上導 頂頭 支持座 支撐方式 固定楔槽 壓緊螺栓 1、設(shè)備基本情況介紹：高壩洲電廠是清江流域三級電站的最下游一級電站，屬于低水頭軸流轉(zhuǎn)漿式電廠，現(xiàn)裝機容量3×9MW,最大工作水頭40米，最小工作水頭22.1米，水輪發(fā)電機型號為SF8448/9500，額定轉(zhuǎn)速125轉(zhuǎn)/min。由四川德陽東方電機廠制造，結(jié)構(gòu)采用具有一個上導軸承的的半傘式結(jié)構(gòu)，上導軸承位于上機架的中心體內(nèi)，共安裝有8塊

2、鎢金瓦，采用楔子板支撐調(diào)整方式，楔子板斜度比為1：20，設(shè)計瓦的間隙為雙邊0.30mm。結(jié)構(gòu)如下圖所示：2、故障現(xiàn)象與分析：高壩洲3臺機組自2000年全部接機以來，在運行期間，多次發(fā)生上導軸承擺度升高，受油器浮動瓦磨損嚴重，上機架振動過大，上導瓦在調(diào)整到單邊0.15mm時瓦溫升高等現(xiàn)象，主要故障現(xiàn)象如下：1） 2002年，1#機組在運行時，發(fā)現(xiàn)上導擺度大，受油器內(nèi)外操作油管進油浮動瓦法蘭處有大量金屬和銅粉沫：經(jīng)過停機分解檢查上導軸承和受油器，發(fā)現(xiàn)5塊上導瓦的楔子板壓板變形，楔子板的徑向固定螺栓松動，3#瓦的配套楔子板固定楔槽由于受力較大已脫落。所有8塊上導瓦均存在壓緊螺栓松動現(xiàn)象。受油器內(nèi)外操

3、作油管浮動瓦限位銷被剪斷，浮動瓦不能起作用，使受油器內(nèi)外操作油管與受油器固定支架法蘭產(chǎn)生摩擦，從而產(chǎn)生大量的金屬和銅粉沫，致使油管磨損嚴重。綜合以上現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)，造成事故的主要原因是機組在運行過程中，上導瓦由于楔子板壓板變形，瓦的間隙逐漸變大導致了上導擺度偏大。從而使機組的軸位偏移過大，發(fā)生受油器浮動環(huán)的限位銷剪斷，致使內(nèi)外操作油管與受油器固定支架產(chǎn)生摩擦。2） 2006年6月20日，2#機組在運行時發(fā)現(xiàn)上機架振動大，上導瓦瓦溫存在偏差、上導瓦膨脹型溫度計（在2#和4#瓦上）顯示，上導瓦溫最高和最低瓦溫偏差1012度。6月22日，2#機運行過程中，滑環(huán)和碳刷架匯流排距離太近，造成Y和X之間的碳刷架

4、與滑環(huán)摩擦打火。同時中控室值班人員發(fā)現(xiàn)，上導瓦RTD顯示，機組在運行過程中，靠近Y與X方向的3塊瓦，在機組開停機時瓦溫沒有變化，而靠近Y方向的瓦溫一直較高。6月27日晚，對上導進行了開蓋檢查，檢查發(fā)現(xiàn)，Y方向三塊上導瓦中，4#瓦楔子板徑向調(diào)整螺栓斷裂1個，松動1個。3#瓦2個螺栓松動，7#瓦2個螺栓斷裂。檢查所有瓦的楔子板調(diào)整螺栓并無松動。重新更換徑向固定螺栓后。機組開機，在空載運行情況下，檢查發(fā)現(xiàn)機組各項數(shù)據(jù)顯示比較穩(wěn)定。但在帶負荷后，機組上導、推力擺度大，瓦溫變化無明顯改善。7月7日，2#機組在運行時，發(fā)現(xiàn)受油器疏齒盆處有打火現(xiàn)象，申請臨時檢修。檢查發(fā)現(xiàn)大軸軸位向方向偏移近2毫米，7月8日

5、將大軸從方向向方向位移了2毫米并對上導瓦間隙按0.30mm進行了調(diào)整。并網(wǎng)運行后，上導瓦溫依然沒有明顯改善，推力和上導軸承擺度仍然偏大，而水導軸承擺度比以往增大。2006年8月18日，對機組進行了C類檢修，檢修時發(fā)現(xiàn)：1）、靠y方向有4塊上導瓦的支持座發(fā)生破裂，支持座后面的槽行絕緣也發(fā)生了破裂和損壞。而破裂的位置主要是表現(xiàn)在支持座與頂頭相接觸的地方。如下圖所示：2）、發(fā)生問題的4塊上導瓦，主要位置是靠Y與X方向。3）、檢查發(fā)現(xiàn)4（頂頭）與3（支持座）處裝有大量的紫銅墊片，經(jīng)過查找資料分析，它的主要作用是為了墊高頂頭，縮短楔子板與頂頭距離。4）、檢查這4塊上導瓦面，瓦面上的巴氏合金，由于磨損大多

6、已形成燒結(jié)合金。已無法對其進行調(diào)花處理。 經(jīng)過盤車，對機組中心進行了重新調(diào)整。更換了破損槽行絕緣和修補了碰撞嚴重的瓦托接觸面。并在重新加工4塊破損支持座的同時，對原有尺寸進行了修改，縮短了頂頭與支持座的距離1.52mm。取消了原有安裝加設(shè)的絕緣銅墊， 機組安裝完畢后，開機帶負荷表明，各部軸承、瓦溫、油溫穩(wěn)定，擺度與以往相比有明顯改善，機組運行正常。 結(jié)合此次2號機組出現(xiàn)的缺陷情況和檢修中發(fā)現(xiàn)的問題，以及運行和機械巡檢中的各項數(shù)據(jù)，表明：造成機組出現(xiàn)這種情況的主要原因是由于機組出現(xiàn)瞬時振動過大，造成3#、4#、7#瓦的徑向螺栓斷裂和松動，在機組運行時，逐步形成上導軸承軸位向y和x偏移，從而造成y

7、方向3、4、5、7號上導瓦受力較大，產(chǎn)生支持座、槽行絕緣及頂頭發(fā)生受力過大破損。最終使整個機組軸線發(fā)生變化，形成這次上導瓦磨損事件的發(fā)生。3） 2007年10月5日，2#機并網(wǎng)帶負荷運行后，推力y方向擺度大，上導y方向擺度報警，上機架振動較大。2#機組經(jīng)過10月份的檢修發(fā)現(xiàn)，推力、水導正常，上導y方向5#、6#、1#導瓦楔子板徑向固定螺栓斷裂，+x方向3#瓦楔子板斷裂，3#瓦頂頭與固定楔槽接觸面也存在撞擊斷裂線，約20mm。通過分析，3#瓦楔子板斷裂是造成此次上導擺度大、振動大的主要原因，經(jīng)過更換楔子板和上導斷裂徑向螺栓，對固定楔槽進行補焊打磨處理及盤車對上導軸位進行處理。上導調(diào)整間隙X36、

8、Y35道。2#機組開機后，上導擺度運行正常，瓦溫油溫正常，機組投入正常運行。 3、對上導軸承結(jié)構(gòu)的改造處理：針對3臺機組經(jīng)常出現(xiàn)的上述情況，及檢修和維護中發(fā)現(xiàn)的問題，經(jīng)過仔細研究，結(jié)果表明，造成上導擺度大及上導瓦松動的主要原因，可以歸納為以下幾下幾個因素：1） 上導瓦楔子板的壓板和調(diào)整螺栓強度不夠：廠家原設(shè)計的楔子板壓板厚度為8mm，調(diào)整螺栓為M10mm，楔子板強度不夠，在機組運行時容易造成壓板變形，在壓板變形的同時，將受到的沖擊力轉(zhuǎn)移到壓板調(diào)整螺栓上，從而使壓板調(diào)整螺栓發(fā)生松動或斷裂現(xiàn)象。當螺栓發(fā)生松動或斷裂后，使楔子板上移，上導瓦間隙變大，最終導致上導瓦受力不均、擺度、振動變大形成上導燒瓦

9、。改進的主要方法是在檢修時，增強壓板和調(diào)整螺栓的強度。將壓板厚度由原來的8mm改為20mm，調(diào)整螺栓由原來的M10mm改為M20mm。自改造加厚后，機組在維護和檢修中，壓板和調(diào)整在未發(fā)生變形和松動。2） 固定楔子板與上機架焊接不牢：在設(shè)計安裝時，固定楔槽是與上機架相焊接的，為防止固定楔子板在焊接時發(fā)生變形，只將角焊縫要求為4。在機組運行過程中，由于楔子板在與上機架中心體上的固定楔槽總是存在間隙，在斜向力和交變應力的作用下原來的4大部分焊縫產(chǎn)生裂縫，導致上導擺度出現(xiàn)異常。因此，為了加固楔槽的強度，需對焊縫進行補焊。現(xiàn)已在機組檢修中，對3臺機組的原焊縫進行打磨，將角焊縫增加至6。補焊后，機組在運行

10、過程中，在未出現(xiàn)固定楔槽脫焊現(xiàn)象。3） 楔子板間隙調(diào)整量小，瓦上的頂頭無法對瓦進行周向限位：上導楔子板中間原來設(shè)計的調(diào)節(jié)孔只有40mm的余量。按楔子板的楔比1：20來計算，其調(diào)節(jié)量只有1mm的調(diào)節(jié)量。而對于上導軸承調(diào)整來說，不可能保證每塊瓦的調(diào)整量均為1mm，可能X方向大，而y方向小或者相反。因此楔子板的1mm的調(diào)節(jié)量遠遠不能滿足要求，在檢修中，我們發(fā)現(xiàn)，機組安裝初期，施工人員在瓦頂頭的底部和楔子板背面均加設(shè)了紫銅墊，以便于補償調(diào)整量，最多達7層墊片。由于這兩個部位加墊太多，出現(xiàn)了類似彈簧的結(jié)構(gòu)作用，機組運行中會隨著負荷的變化，導致每塊瓦的間隙發(fā)生變化。隨著紫銅墊的破損，楔子板的徑向螺栓斷裂松

11、動，上導瓦的間隙徹底變大，擺度，機組振動增大。另外在楔子板背面加墊，也容易導致頂頭對瓦的周向限位失去作用，使瓦在周向產(chǎn)生移動，出現(xiàn)瓦的偏磨，和對固定楔槽限位邊進行撞擊。 由于楔子板調(diào)節(jié)量已基本限制，無法進行改動。為此，我們將楔子板的背面紫銅墊片全部取消，以保證楔子板和固定楔槽緊密相貼。為了補償調(diào)整量，我們在頂頭底部加設(shè)了一層厚1mm的墊片，對于盤車后局部調(diào)整量仍然偏大的上導瓦，我們在瓦的絕緣槽型板后加設(shè)了一塊環(huán)氧板，縮短調(diào)整量程。為了保證安全，對少數(shù)周向限位尺寸仍然偏小的固定楔子板，我們也在固定頂頭處焊接了凸臺以增加限位作用。通過這樣處理后，即消除了由于加墊太多引起的彈簧作用，也保證了瓦的周向

12、限位問題。自2006年改造后，機組在運行過程中，未發(fā)生楔子板斷裂現(xiàn)象，檢修中對上導瓦間隙復查，間隙值變化量也較小。4） 上導瓦的支持座強度不夠：上導瓦支持座上安裝頂頭的沉孔太深，加上支持座強度要求太高，在機組運行過程中，受交變應力的和大負荷運行的情況下，支持座受力較大，容易使支持座破裂，2006年事故中就曾出現(xiàn)4塊支持座破裂現(xiàn)象。為此，我們對支持座進行了重新加工，將沉孔深度減少2mm，從而保證支持座的強度，并將沉孔底部的直角改為圓角，以防止應力集中。2006年改造后，未發(fā)生支持座破裂現(xiàn)象。5） 上導瓦間隙調(diào)整不夠精確，調(diào)整間隙后無法進行單塊瓦進行檢測： 我廠上導軸承間隙調(diào)整，都是在盤車調(diào)整上導

13、瓦架間隙后，對瓦進行間隙調(diào)整。調(diào)整的方法是：將上導瓦抱緊上導軸頸，插入楔子板并打緊，然后按楔比1：20，即提升楔子板1mm，等于瓦間隙0.05mm來計算瓦的間隙。最后鎖緊調(diào)整壓板和徑向固定螺栓。這種調(diào)整方法，存在的主要問題：一是楔子板在調(diào)整好提升高度與固定楔槽緊密相貼后。由于楔子板徑向固定螺栓偏上于楔子板的上部，在緊固徑向固定螺栓后，楔子板會和固定楔槽間會存在一定的間隙。而當瓦放入后，頂頭和楔子板是相接觸的，無法用塞尺進行測量。只有通過頂大軸計算出上導瓦的雙邊間隙。二是楔子板本身存在加工斜度、精度誤差，當多次敲擊打緊楔子板后，楔子板測量面也就存在表面精度誤差，因此瓦的間隙誤差也就相對存在。最終會導致上導瓦的間隙調(diào)整不均勻，出現(xiàn)瓦的受力不均等現(xiàn)象。而且這種誤差隨著檢修人員的經(jīng)驗不同而差異較大。這種情況我們也與廠家進行協(xié)商，建議廠家重新對上導軸承結(jié)構(gòu)進行改進。但是高壩洲機組上導瓦架和上機架是一個整體，如果進行改造，牽涉到的設(shè)備較廣?，F(xiàn)此情況依然無法改善。、結(jié)論 通過多次檢修，按上述故障分析處理方法，對高壩洲3臺機組上導結(jié)構(gòu)進行了局部改造處理后，3臺機組運行情況得到了良好改善，上導和水導擺度相應得到了控制，擺度均在0.50-0.60mm左右，各部油溫和瓦溫均正常。已控制在滿足機組正常運行要求范圍內(nèi)。但是上導瓦間隙調(diào)整，依然不