青居水電站1F機組導水機構(gòu)滾動軸承磨損處理

周 亞，周 鑫，羅云江，袁文進，鄒 浩，金 壯

（四川華能嘉陵江水電有限責任公司，四川 南充637000）

1 引言

青居水電站位于四川省南充市高坪區(qū)青居鎮(zhèn)，是嘉陵江干流蒼溪縣至合川縣河段十三級開發(fā)中的第十個梯級電站。電站主要經(jīng)營水力發(fā)電，兼顧航運。該電站為貫流式機組，裝機容量為4×34MW，青居水電站1F機組主要參數(shù)見下頁表1，機組結(jié)構(gòu)及導水機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖詳見圖1、圖2。

圖1 青居水電站水輪發(fā)電機組剖面圖

圖2 青居水電站導水機構(gòu)圖

青居水電站水輪機導水機構(gòu)為錐形導水機構(gòu)，錐頂角為60°。導水機構(gòu)由內(nèi)配水環(huán)、外配水環(huán)、16只活動導葉、控制環(huán)及操作機構(gòu)等組成。導葉操作機構(gòu)采用彎曲連桿的形式，控制環(huán)分兩瓣采用螺栓連接。軸承槽由控制環(huán)、壓環(huán)、外配水環(huán)組合而成，軸承槽截面為菱形，與鋼球接觸為點接觸，控制環(huán)、壓環(huán)、外配水環(huán)材料為Q235A，鋼球材料為GGr15軸承鋼，直徑50.8mm。導水機構(gòu)滾動軸承局部詳見圖3。

圖3 青居水電站導水機構(gòu)滾動軸承局部圖

表1 青居水電站水輪發(fā)電機主要參數(shù)

2 導水機構(gòu)滾動軸承磨損情況

在2017年1F機組導水機構(gòu)檢修過程中，發(fā)現(xiàn)導水機構(gòu)滾動軸承的上部壓環(huán)和控制環(huán)與外配水環(huán)之間無間隙（設(shè)計間隙為2mm），且有磨損；下部壓環(huán)和控制環(huán)與外配水環(huán)之間間隙4mm左右（設(shè)計間隙為2mm），詳見表2。

通過泄壓閥動作實驗，泄壓閥動作時間在29s左右（初始安裝原始數(shù)據(jù)為24s）。

表2 導水機構(gòu)滾動軸承修復前實測間隙檢查 單位：mm

拆除壓環(huán)后，發(fā)現(xiàn)導水機構(gòu)滾動軸承下半部分鋼球成S形排列，鋼球及軸承槽銹蝕嚴重，另外導水機構(gòu)滾動軸承的軸承槽上部有5～6個鋼球間隙（設(shè)計間隙為2～3個鋼球間隙），且軸承槽有明顯磨痕；控制環(huán)、壓環(huán)、外配水環(huán)與鋼球接觸部位（圖3中A、B、C、D處）因磨損產(chǎn)生一條寬為15mm，深為1.5mm的弧形槽，詳見圖4。

圖4 滾動軸承上半部分磨損情況圖

導水機構(gòu)滾動軸承磨損的原因主要有：

（1）機組經(jīng)過長期運行，導水機構(gòu)滾動軸承槽的間隙變大及潤滑狀況不佳；

（2）在重錘、控制環(huán)和壓環(huán)等部件的重力作用下，軸承槽與鋼球的相對運動產(chǎn)生摩擦，造成軸承槽上下部磨損程度不一致；

（3）在導葉接力器操作力的作用下可能產(chǎn)生附加的徑向力或軸向力，加劇鋼球與軸承槽的磨損；

（4）鋼球材料為GCr15軸承鋼，控制環(huán)、壓環(huán)及外配水環(huán)材料為Q235A。鋼球與軸承槽為點接觸，壓強較大，鋼球硬度大于控制環(huán)、壓環(huán)及外配水環(huán)。

3 導水機構(gòu)滾動軸承磨損處理方案

導水機構(gòu)滾動軸承磨損處理方案：

（1）由于重新制作與拆裝外配水環(huán)時間較長，對外配水環(huán)在不拆卸狀態(tài)下進行修復。

（2）由于重新制作控制環(huán)時間較長，但控制環(huán)極易拆卸與回裝，為了保證修復質(zhì)量，對控制環(huán)進行返廠修復。

（3）由于壓環(huán)彈道槽磨損嚴重，如大面積進行補焊，焊接變形難于控制，故需重新制作。

（4）鋼球全部更換：材質(zhì)為GGr15軸承鋼（GB308公差等級G100級），尺寸直徑為50.8mm，鍍鉻。

3.1 外配水環(huán)及控制環(huán)修復

采用焊接方法對導水機構(gòu)的外配水環(huán)及控制環(huán)進行修復，修復過程中采取控制措施，使得焊接修復的外配水環(huán)及控制環(huán)符合設(shè)計要求。

外配水環(huán)修復過程：①首先將需要補焊處理的外配水環(huán)磨損區(qū)域表面的油污等清理干凈；②其次用火焰槍加熱去除外配水環(huán)油脂及水分；③焊接前按整圓周300mm長劃等分線；④對外配水環(huán)磨損部位進行修磨，修磨深度為0.3mm；⑤對打磨處進行焊接；⑥對補焊區(qū)域進行修磨；⑦最后進行PT探傷檢查。

控制環(huán)修復過程：①首先將需要補焊處理的控制環(huán)磨損區(qū)域表面的油污等清理干凈；②其次用火焰槍加熱去除控制環(huán)油脂及水分；③焊接前按整圓周300mm長劃等分線；④再者對控制環(huán)磨損部位進行修磨，修磨深度為0.3mm；⑤對打磨處進行焊接（補焊厚度留有加工余量）；⑥按照原圖紙尺寸對控制環(huán)進行車削加工；⑦最后進行PT探傷檢查。

外配水環(huán)及控制環(huán)焊接修復工藝要求：1）消除焊接殘余應(yīng)力：兩名焊工同時兩邊對稱焊接，且同方向移動；每段焊縫只允許焊接一次，且長度不超過300mm；焊接后必須迅速用鐵錘對焊縫進行打擊以消除焊接殘余應(yīng)力。2）焊后修磨：邊打磨邊用樣板檢查，使其圓滑過渡，焊后尺寸及粗糙度等盡量達到相關(guān)圖紙要求。3）車削加工：對控制環(huán)按照原圖紙尺寸進行車削加工，加工后尺寸及粗糙度等應(yīng)達到相關(guān)圖紙要求。4） PT探傷：對補焊焊縫及熱影響區(qū)域進行PT探傷，要求無裂紋。

3.2 導水機構(gòu)滾動軸承回裝后檢查

導水機構(gòu)回裝后對機組的壓環(huán)與外配水環(huán)間隙及控制環(huán)與外配水環(huán)間隙進行檢查，檢查數(shù)據(jù)詳見表3，均符合設(shè)計要求。

通過泄壓閥動作試驗，泄壓閥動作時間在25s。由于導水機構(gòu)滾動軸承磨損修復后，減少了導水機構(gòu)動作摩擦力，縮短了泄壓閥動作時間，實測值與初始安裝原始數(shù)據(jù)差1s左右，滿足設(shè)計要求。

表3 導水機構(gòu)滾動軸承間隙檢查 單位：mm

3.3 機組投運后的跟蹤監(jiān)測

經(jīng)過導水機構(gòu)滾動軸承回裝后間隙檢查以及泄壓閥動作時間，均達到機組的設(shè)計要求。然后先讓機組空轉(zhuǎn)1h，監(jiān)測機組各部位的振動與擺度，各項指標均合格后，進行機組并網(wǎng)運行，監(jiān)測機組的運行指標，運行指標均符合機組運行的相關(guān)要求，確定1F機組能安全可靠地長期運行。

4 結(jié)束語

青居水電站1F機組經(jīng)過近1年的運行檢驗，機組的振動與擺度均在運行規(guī)定的范圍內(nèi)，機組開停機及平時負荷調(diào)整均正常。

表4 1F機組水導軸承處理前后振擺記錄表 單位：um

由此可見青居水電站1F機組導水機構(gòu)滾動軸承磨損處理過程是成功的，不僅提高了導水機構(gòu)控制環(huán)及外配水環(huán)的重復利用率，節(jié)約更換外配水環(huán)及控制環(huán)的資金，大大縮減因?qū)畽C構(gòu)滾動軸承磨損導致無法運行的時間，增加了機組的效益。因此，此次對青居水電站1F機組導水機構(gòu)滾動軸承的處理流程和方法，可對其他貫流式水電站出現(xiàn)類似問題提供一定參考。