水輪發(fā)電機推力瓦支撐球面螺栓支座焊縫開裂處理及原因淺析

趙天來 尚建斌

摘要：多松多水電站#2水輪發(fā)電機組推力瓦支撐球面螺栓支座與下部法蘭焊縫產(chǎn)生裂紋，通過對焊縫進行返廠處理，并對產(chǎn)生裂紋原因進行分析，制定合理運行方式，避免類似現(xiàn)象繼續(xù)產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：焊縫處理;原因分析;運行措施

概述

我國水輪發(fā)電機的布置類型中，立式機組占了很大比重，而推力軸承則是立式機組結(jié)構(gòu)中的重要部件，是機組轉(zhuǎn)動體與固定體直接接觸的轉(zhuǎn)動承載的惟一部件，承載機組整個轉(zhuǎn)動部件的徑向慣量和軸向推力，它的工作狀態(tài)直接影響機組的穩(wěn)定和安全。

多松多水電站位于甘南藏族自治州碌曲縣雙岔鎮(zhèn)亞吉爾村附近的洮河干流上，電站廠房距碌曲縣城約60km。電站為低壩無調(diào)節(jié)引水式電站，裝機容量為21MW（3×7MW），安裝三臺7MW混流式機組，發(fā)電機型號SF7000-24/3900，額定水頭29.6m，額定流量27.1m?，發(fā)電層高程2883.5。電站保證出力（P=85%）為4.95MW，裝機年利用小時數(shù)為4336h，多年平均年發(fā)電量為9106萬千瓦時，2011年11月三臺機相繼發(fā)電投運。

多松多電站#2機組在2020年4月檢修盤車時，發(fā)現(xiàn)推力瓦支撐球面螺栓支座與法蘭焊縫有裂紋，繼續(xù)拆除推力頭，檢查發(fā)現(xiàn)鏡板有磨痕，其表面平整度差，現(xiàn)場判斷需對推力瓦支撐球面螺栓托盤、鏡板、推力瓦支撐球面螺栓等返廠進行處理，方能回裝投運。通過運行單位和檢修單位會商確定一方面安排對推力瓦支撐球面螺栓承重支座、鏡板、推力瓦支撐球面螺栓等返廠加工處理，另一方面對此問題進行分析研究。

1.推力頭支撐球面螺栓及支座結(jié)構(gòu)情況

推力軸承的組成和作用：水輪發(fā)電機推瓦承受機組轉(zhuǎn)動部分的全部重量和水流的軸向力，并傳遞給荷重機架。它由推力頭、鏡板、推力瓦、軸承座、油槽及冷卻器等部件組成。推力頭、鏡板隨主軸旋轉(zhuǎn)，推力瓦做成扇形分塊式，為軸承座所支撐。

支撐球面螺栓：推力瓦由推力瓦托盤與頭部為球面的支撐螺栓支承，支撐球面螺栓垂直擰入裝有螺紋套筒的軸承支座上。調(diào)整支撐球面螺栓的高度，可使瓦塊保持在同一水平面上，使瓦塊受力均勻。推力瓦是推力軸承中的關(guān)鍵部件，它是整個機組轉(zhuǎn)動部分和固定部分的摩擦面，并且承受整個機組轉(zhuǎn)動部分的重量和軸向水推力。

2.受力分析

由8個聯(lián)接螺絲將鏡板與推力頭連成一體，機組轉(zhuǎn)動部分的全部重量和軸向水推力均通過鏡板支承于推力瓦上，鏡板的壓應力很大。由于鏡板與推力頭之間墊有3～5mm的厚度絕緣墊，螺絲上裝有絕緣套和絕緣墊。所以，鏡板與推力頭的聯(lián)接應視為彈性。當聯(lián)接螺絲擰緊，螺絲中便產(chǎn)生拉應力.習慣上該螺絲都被擰的較緊，預拉應力較大，鏡板所受強大的壓應力，其厚度較薄的絕緣墊可視為一“柔”性層，擰緊螺絲后便會成為“荷葉邊”形，因為是彈性聯(lián)接，機組轉(zhuǎn)動時螺絲中的預拉應力隨其通過支承螺絲而發(fā)生周期性的變化[1]。

3.支座與法蘭焊縫開裂原因淺析

推力瓦支撐球面螺栓垂直擰入裝有8個螺紋套筒，螺紋套筒均勻分布焊接在下部法蘭上，本次有5個螺紋套筒與下部法蘭連接焊縫開裂，通過分析，推力瓦支撐的螺紋套筒與法蘭焊縫開裂的現(xiàn)象主要是由于機組振動加大[2]。

機組頻繁啟動。在隆冬季節(jié)每天需要停機排冰，春秋季來水不足滿負荷運行，所以水電站在非汛期頻繁啟動的運行方式。這違背了廠家規(guī)定的機組不宜頻繁啟動的要求（機組設計未考慮頻繁啟動）[3]。據(jù)統(tǒng)計#2機組啟動次數(shù)為165次/年。機組頻繁啟動、停滯，伴有不均勻的沖擊和振動，推力瓦易失去水平，導致承重的螺紋套筒受到剪力作用。

機組振動區(qū)運行時間過長。電站所處位置在洮河流域上游區(qū)域，來水流量對電站機組所需流量長期處在不飽和狀態(tài)，為有效的減少機組啟停機造成不必要的水資源浪費，故機組長時間處于振動區(qū)或振動區(qū)邊緣運行，造成機組推力瓦支撐球面螺栓受力不均勻。

多松多電站處于甘南電網(wǎng)末端，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對薄弱，電網(wǎng)失電、沖擊事故頻發(fā)，對機組造成沖擊和限電頻繁啟動，在電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊過程中機組推力頭受力相對復雜，形成剪力、扭矩等不同方向的破壞力，會對螺紋套筒焊縫部位造成損傷。

4.處理措施

為確保機組修后安全運行，需對推力瓦支撐球面螺栓螺紋套筒、鏡板、推力瓦支撐球面螺栓等返廠加工處理。具體處理措施如下：

1.對推力瓦支撐球面螺栓螺紋套筒（8個）與法蘭原焊縫進行刨除后重新焊接處理，焊接完成后上機床對上下法蘭平面進行加工。

2.對鏡板進行桁磨處理。

3.對推力瓦8套支撐球面螺栓及螺紋螺套進行探傷檢查，對存在問題的螺栓進行更換處理。

5.處理效果及運行措施

本次檢修吊出#2機組推力頭，對推力頭螺紋套筒焊縫開裂部分外送加工廠家重新刨焊，對鏡板表面拋光找平，修復后經(jīng)現(xiàn)場大軸找中、軸瓦間隙調(diào)整、滑環(huán)同心度檢查，連軸盤車后各項數(shù)據(jù)符合檢修標準要求，消除了機組震動、擺度過大等缺陷。4月10日多松多電站#2機組檢修完成相關(guān)試驗后，實現(xiàn)一次性并網(wǎng)發(fā)電成功，通過24小時試運行和30天運行監(jiān)測，現(xiàn)各軸瓦瓦溫與檢修前均有3-5℃的降溫，其他各部溫度正常、振動擺渡符合要求，提高了機組安全運行的可靠性。

機組盤車后各部位數(shù)據(jù) 通過本次檢修和分析，對機組運行維護提出相應措施，一是每年檢修工作中將推力頭支撐球面螺栓及螺紋螺套作為檢查項目，發(fā)現(xiàn)問題在檢修過程中予以處理。二是確保機組滿負荷平穩(wěn)運行，不得超負荷長周期運行。三是減少頻繁啟動次數(shù)，并避開振動區(qū)保持機組平穩(wěn)運行。

參考文獻：

[1]劉立春.水輪發(fā)電機鏡板推力頭聯(lián)接螺絲斷裂問題淺析[M].水利水電技術(shù)，1991，08，011.

[2]洪振平.發(fā)電機推力軸承支撐球面螺栓托盤裂紋的處理[M].小水電，2008，4.