南水北調(diào)臺(tái)兒莊泵站機(jī)組大修實(shí)施淺析

郭曉翠，李 磊，張東霞

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109）

南水北調(diào)東線一期工程全線共設(shè)立13個(gè)梯級(jí)泵站，22處樞紐、34座泵站，水泵總裝機(jī)160臺(tái)，總裝機(jī)流量4 447.6 m3/s，裝機(jī)功率36.6萬kW。泵站的安全運(yùn)行對(duì)工程調(diào)水任務(wù)能否順利完成具有重要意義，為了保證泵站的安全運(yùn)行需要每年對(duì)泵站機(jī)組進(jìn)行大修。本文以臺(tái)兒莊泵站為例，對(duì)機(jī)組大修的關(guān)鍵環(huán)節(jié)及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，為類似機(jī)組大修工作起到很好的借鑒作用。

1 臺(tái)兒莊泵站概況

臺(tái)兒莊泵站是南水北調(diào)東線工程的第七級(jí)泵站，也是進(jìn)入山東省境內(nèi)的第一級(jí)泵站，位于棗莊市臺(tái)兒莊區(qū)境內(nèi)，設(shè)計(jì)調(diào)水流量125 m3/s，設(shè)計(jì)站上水位25.09 m，站下20.56 m，泵站設(shè)計(jì)揚(yáng)程4.53 m，平均揚(yáng)程3.73 m。站內(nèi)安裝5臺(tái)全調(diào)節(jié)立式軸流泵（1臺(tái)備用），單機(jī)設(shè)計(jì)流量31.25 m3/s，配套電機(jī)功率2 400 kW，總裝機(jī)容量12 000 kW。該泵站2005年12月開工，2009年11月通過試運(yùn)行驗(yàn)收，2018年9月通過完工驗(yàn)收。

2 1#主機(jī)組存在問題分析

水泵機(jī)組檢修時(shí)工程安全運(yùn)行管理的一項(xiàng)重要工作，是機(jī)組運(yùn)行一定年限后，進(jìn)行全面解體、檢查和處理，更換損壞部件，更新易損件，修補(bǔ)磨損件，對(duì)機(jī)組的同軸度、擺度、垂直度（水平）、高程、中心、間隙等進(jìn)行校核調(diào)整，消除運(yùn)行過程中的重大缺陷，恢復(fù)各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)等。根據(jù)《泵站技術(shù)管理規(guī)程》（GB/T 30948-2014）的要求，機(jī)組主水泵及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)大修周期3~5年或運(yùn)行已達(dá)2 500~15 000臺(tái)時(shí)；主電機(jī)大修周期3~8年或運(yùn)行已達(dá)3 000~20 000臺(tái)時(shí)。

臺(tái)兒莊泵站工程1#主機(jī)組，自2008年設(shè)備購(gòu)置安裝至今已近10年，已滿足大修的時(shí)間周期要求。另外設(shè)備漸趨老化，安全性能降低，主要表現(xiàn)在運(yùn)行中振動(dòng)和擺度較以往增大，且有進(jìn)一步增大的趨勢(shì)；葉調(diào)機(jī)構(gòu)運(yùn)行不穩(wěn)定、不可靠，調(diào)節(jié)不夠靈活；設(shè)備的密封件老化，存在滲漏現(xiàn)象；主電機(jī)絕緣老化，需經(jīng)清理、干燥、噴漆進(jìn)行加強(qiáng)。這些設(shè)備部件老化、滲漏、運(yùn)行振動(dòng)和擺度增大等問題只能通過大修加以解決。

3 大修實(shí)施中關(guān)鍵環(huán)節(jié)的處理

主機(jī)組大修的實(shí)施過程大致分為機(jī)組解體、部件檢修（質(zhì)量檢驗(yàn)）、組裝三個(gè)步驟，每個(gè)步驟需要重點(diǎn)處理好一些關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。

3.1 機(jī)組解體

解體過程中，需對(duì)葉片間隙、空氣間隙、導(dǎo)瓦間隙、定轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)中心高程、汽蝕、擺度、各種磨損等原始數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)量與記錄，對(duì)機(jī)組固定部件的高程進(jìn)行校核。對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析，結(jié)合機(jī)組大修前處于的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而有針對(duì)性制定下一步的維修及組裝方案。

2018年8月下旬開始解體臺(tái)兒莊泵站1#主機(jī)組，在機(jī)組解體時(shí)，按先外后內(nèi)，先電機(jī)后水泵，先部件后零件的程序原則進(jìn)行，通過解體過程中的檢查與測(cè)量，以下重點(diǎn)問題進(jìn)行了處理：

1）進(jìn)行機(jī)組電氣修前試驗(yàn)，主要開展項(xiàng)目包括繞組絕緣電阻和吸收比、繞組直流電阻、定子繞組直流耐壓試驗(yàn)和泄漏電流。

2）對(duì)機(jī)組固定部件的高程進(jìn)行校核，高程符合設(shè)計(jì)要求。

3）1#主機(jī)組原機(jī)組擺度、轉(zhuǎn)動(dòng)中心偏移較大（參照《泵站安裝及驗(yàn)收規(guī)范》（SL317-2015）規(guī)定值）。

4）1#機(jī)組主軸兩道軸頸存在磨損嚴(yán)重現(xiàn)象，一是上軸檔（填料函軸徑）表面有5圈約10 mm寬、2 mm深的磨損溝槽，二是下軸檔（水導(dǎo)軸承）軸頸有銹蝕、偏磨現(xiàn)象，最大磨損深度約1.85 mm。因其原軸徑材料為銅合金材質(zhì)，硬度低，耐磨性較差，且表面粗糙，需要返廠加工。

5）1#主機(jī)組運(yùn)行期間推力瓦溫度較高。

3.2 1#主機(jī)組各部件的維修及質(zhì)量檢驗(yàn)

需重點(diǎn)做好推力頭、推力瓦、鏡板、定轉(zhuǎn)子、葉片、葉輪室、水泵軸徑等部位的維修、質(zhì)檢，以及部件耐壓試驗(yàn)、定轉(zhuǎn)子的干燥機(jī)絕緣處理等關(guān)鍵工序。結(jié)合1#主機(jī)組具體情況重點(diǎn)進(jìn)行了以下部件的維修及檢驗(yàn)工作。

1）1#主機(jī)組水泵軸軸頸存在磨損嚴(yán)重現(xiàn)象，水導(dǎo)軸承返廠加工。廠家按照原圖紙工藝與材料要求對(duì)軸頸進(jìn)行重新堆焊不銹鋼加工。水導(dǎo)軸承返廠處理加工尺寸以廠家說明書為依據(jù)，合理配合主軸軸頸，同時(shí)，根據(jù)填料函處測(cè)量機(jī)組擺度的傳感器位置，增加了一處精加工面，提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。

2）對(duì)1#主機(jī)組電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子清理干燥與絕緣測(cè)試。1#機(jī)組定子、轉(zhuǎn)子除塵后，使用電機(jī)專用清洗劑進(jìn)行清理。隨后使用直流電流法進(jìn)行干燥，定子與轉(zhuǎn)子分開進(jìn)行干燥處理，特別對(duì)轉(zhuǎn)子絕緣進(jìn)行了處理，專門為轉(zhuǎn)子搭建了一個(gè)烘房，加熱除潮后進(jìn)行噴涂絕緣漆，再進(jìn)行加熱烘干。進(jìn)行絕緣測(cè)試，絕緣電阻符合規(guī)范要求后及時(shí)進(jìn)行噴刷專用絕緣漆并進(jìn)行保溫處理，結(jié)束后復(fù)測(cè)絕緣電阻顯示絕緣性能優(yōu)良。

3）主要部件耐壓試驗(yàn)。對(duì)冷卻器等進(jìn)行壓力試驗(yàn)。冷卻器試壓時(shí)使用清水，試驗(yàn)壓力0.40 MPa，保壓30 min無滲漏。

4）推力瓦、導(dǎo)瓦及瓦架處理。原機(jī)組運(yùn)行過程中，推力瓦溫度較高，拆除后，檢查發(fā)現(xiàn)推力瓦瓦面存在不同程度的磨損，根據(jù)磨損量分析，推力瓦接觸面受力不均勻，存在偏磨，推力頭鏡板面有一定程度不平量，推力頭部件回廠處理，同時(shí)將上導(dǎo)瓦架返廠處理，擴(kuò)大進(jìn)油孔，增加了透平油的循環(huán)，并對(duì)推力瓦、導(dǎo)瓦進(jìn)行研刮處理，修復(fù)了機(jī)組缺陷。

3.3 1#主機(jī)組的安裝

重點(diǎn)做好固定部分的同心度、高程，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的軸線擺度、垂直度、水平度、間隙裝配及調(diào)整，1#主機(jī)組大修著重進(jìn)行了以下工作。

1）機(jī)組固定部分高程復(fù)核，為以后電機(jī)磁場(chǎng)中心高程、葉片間隙的調(diào)整打下基礎(chǔ)，定子、上機(jī)架、導(dǎo)葉體、上蓋等固定部分高程滿足設(shè)計(jì)要求。

2）調(diào)整上機(jī)架水平，上機(jī)架水平應(yīng)以軸承座水平控制，其水平偏差不應(yīng)大于0.02 mm/m。

3）機(jī)組擺度處理。機(jī)組拆除后，檢查發(fā)現(xiàn)原機(jī)組擺度過大，轉(zhuǎn)動(dòng)中心偏移過大，造成機(jī)組運(yùn)行過程中水導(dǎo)軸承、電機(jī)導(dǎo)軸承偏磨，采取調(diào)整機(jī)組水平、轉(zhuǎn)動(dòng)中心及軸線擺度，符合相對(duì)擺度0.03 mm/m的規(guī)范要求。

4）調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)部分各項(xiàng)參數(shù)。在導(dǎo)軸瓦安裝后，測(cè)量并調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)軸線水平、擺度、中心，使其符合安裝規(guī)范要求。上述數(shù)據(jù)調(diào)整合格后復(fù)測(cè)磁場(chǎng)中心與空氣間隙，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)整。

5）測(cè)量與調(diào)整各部間隙。用專用塞尺配合外徑千分尺測(cè)量定、轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙，測(cè)量磁場(chǎng)中心的高度是否在規(guī)定的范圍內(nèi)并根據(jù)記錄進(jìn)行計(jì)算分析。根據(jù)設(shè)計(jì)要求和擺度測(cè)量記錄，計(jì)算各瓦的調(diào)整間隙，用專用扳手和塞尺調(diào)整測(cè)量上、下導(dǎo)軸瓦的間隙。安裝水導(dǎo)軸瓦，采用推軸法測(cè)量水導(dǎo)軸瓦間隙。拆除抱軸千斤頂，使主軸處于自由狀態(tài)，安裝葉輪室。在0°對(duì)葉片進(jìn)水邊、出水邊、中部與葉輪外殼的間隙進(jìn)行測(cè)量并調(diào)整到位。盤車測(cè)量葉片間隙，有關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)符合規(guī)范要求。

6）電氣試驗(yàn)。2018年11月3日開展修后電氣試驗(yàn)，主要開展項(xiàng)目包括繞組絕緣電阻和吸收比、繞組直流電阻、定子繞組直流耐壓試驗(yàn)和泄漏電流、繞組交流耐壓試驗(yàn)、定子繞組極性及連接、接地、電氣絕緣與外觀等項(xiàng)目。所有試驗(yàn)項(xiàng)目均合格，具備試運(yùn)行條件。

4 機(jī)組大修效果

表1大修前后數(shù)據(jù)對(duì)比分析表

以上運(yùn)行數(shù)據(jù)說明，機(jī)組運(yùn)行狀況得到明顯改善，運(yùn)行振動(dòng)、擺度、噪音降低，在運(yùn)行角度不一致的情況下，修后大部分溫度指標(biāo)明顯好于修前。通過大修中關(guān)鍵要素的把握和處理，大修質(zhì)量達(dá)到了理想的效果。

通過臺(tái)兒莊泵站機(jī)組大修實(shí)踐工作，積累了大修的經(jīng)驗(yàn)，掌握了大修過程的關(guān)鍵要素，為以后南水北調(diào)機(jī)組大修工作起到了積極的借鑒作用。為了更好的監(jiān)控水泵機(jī)組的工作狀態(tài)，認(rèn)真做好日常主泵機(jī)組的維護(hù)保養(yǎng)和巡視巡查工作，真正保障設(shè)備狀態(tài)良好，為整個(gè)泵站工程的安全運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。