蔡家洲水電站水導軸承甩油環故障淺析

摘要：介紹了蔡家洲水電站水導軸承甩油環的一個重大故障，分析了其故障原因，并提出了相應的處理措施，以免類似故障的再次發生。

關鍵詞：水導軸承;甩油環;定位銷孔

0 引言

水導軸承是水輪發電機組的重要部件，有如下作用：（1）將承受的徑向力和轉動部分的質量通過軸承座傳遞到管型座上;（2）限制水輪機轉動部分的徑向位移，保證機組大軸中心、機組中心、旋轉中心“三心”同心。甩油環為水導軸承的重要部件，它的正常運行對保證水導軸承及水輪發電機組的穩定運行十分重要。

1 問題的提出

蔡家洲水電站位于長沙市望城區湘江干流蔡家洲。電站廠房內裝設6臺單機容量為9.5 MW的燈泡貫流式水輪發電機組，總裝機容量57 MW，設計年平均發電量2.315億kWh，年利用小時4 061 h。機組安裝高程13.8 m，最高水頭6.8 m，最小水頭1.5 m，設計水頭3.7 m，轉輪直徑6.75 m，額定轉速68.2 r/min。

2020年5月，電站工作人員在巡視電站3#機組燈泡體時，發現水導軸承處有金屬刮擦聲音，聲音隨著機組大軸的轉動周期性出現，并且水導軸承蓋處有透平油甩出。機組在線監測裝置記錄的水導軸承處振動擺動值如表1所示。

將測量的實際值與機組整定值進行比較，發現水導軸承振動擺動值是正常的，但出現金屬的刮擦聲音是不正常的。仔細觀察聲音來源，發現其是從水導軸承蓋處傳出來的，水導軸承蓋的內部可能有重大安全隱患。為保障機組安全，電站工作人員決定停機進行檢查。3#機組停機后，電站工作人員拆開水導軸承蓋檢查，確實發現了異常情況。大軸甩油環把合螺栓已掉了一個，掉螺栓的一側兩瓣甩油環已經分離，兩瓣甩油環相距約15 cm，繼續拆下甩油環，發現不少零部件都有刮傷或損壞現象，統計損壞的零部件如下：（1）擋油板已變形（圖1），擋油板壓緊螺栓已損壞;（2）甩油環把合螺栓脫落一個，甩油環已松脫;（3）甩油環輕微變形;（4）主軸銷釘孔變形（圖2）;（5）甩油環銷釘孔變形（圖3）。

2 事故原因分析

圖4為水導軸承上半部分圖紙，圖紙左邊為上游側，右邊為下游側。甩油環安裝在水導軸承瓦的下游側。在機組旋轉過程中，潤滑水導軸承的潤滑油會從水導軸承瓦與大軸之間的間隙甩出來，其中上游側甩出的油進入大軸保護罩，經大軸保護罩下面的排油管，流回軸承油箱;下游側甩出的潤滑油經甩油環、擋油板的共同作用，無法從軸承蓋與大軸之間的間隙甩出，從而使聚集的油液從水導軸承下的排油管流入軸承油箱，這就是甩油環的作用。甩油環分為兩瓣，安裝在水導軸承的下游側。甩油環兩瓣用高強度螺栓把合，緊緊地貼緊主軸，在甩油環與主軸接觸面上涂了一整圈厭氧型密封膠，以隔絕機組油通過。

甩油環兩瓣分離，電站工作人員分析其主要原因為分瓣面螺栓沒有擰緊或防松不足。螺栓先松開一點，甩油環竄動空間就會加大一點，運行時甩油環的振動就會加大一點，經過長期作用，螺栓松開量越來越大，最終螺栓會完全松開，甩油環一邊分離。整個過程中，甩油環與主軸的定位銷承受著長期的交變應力，且定位銷為不銹鋼，材質較硬，使得主軸和甩油環銷孔變成橢圓形。甩油環邊上有一圈光亮帶，該處原來應為紅色油漆面，推測甩油環分離過程中與軸承蓋上部擋油板發生刮擦，這也加劇了銷孔的損壞。電站工作人員巡視時聽到的聲音就是甩油環與擋油板不斷刮擦而發出的聲音，并且甩油環松脫后，主軸與水導軸瓦下游側甩出的油液沒有了甩油環的導向，會流向軸承蓋與大軸的間隙，所以電站工作人員巡視時能看到軸承蓋與大軸間隙處有油液甩出來。如果放任這種情況繼續發展，甩油環分離一側的間隙可能會越來越大，甩油環可能會從刮擦擋油板，發展到撞擊擋油板或者軸承蓋，甚至甩油環另一個連接螺栓也會松脫，導致甩油環完全脫落。試想一下，如果主軸帶著不受控制的甩油環在水導軸承瓦和水導軸承蓋之間的空腔內轉動，主軸、水導軸承等必然會遭到嚴重損壞，甚至造成嚴重的設備事故。

3 處理措施

目前甩油環的定位銷孔與主軸的定位銷孔均有不同程度的變形，如果繼續使用，甩油環振動會比較大，分瓣面螺栓容易松動，還有可能再次與主軸脫離。因此，原有的定位銷孔已不能使用，須在主軸與甩油環上重新鉆鉸定位銷孔。

主軸定位銷孔尺寸：直徑12.5 mm，深度15 mm;甩油環定位孔尺寸：?12H70 +0.018，深度15 mm;圓柱銷尺寸：?12×26 mm（GB/T 119.2），圓柱銷與兩個定位孔均為間隙配合。

為保證鉆孔的質量，將主軸與甩油環返回廠家，重新鉆孔，能夠保證甩油環的定位銷孔與主軸的定位銷孔同心，以便于定位銷的安裝，這是最好的選擇。不過，將重量約為25 t的主軸返廠，并且還要拆卸轉輪、轉子、定子等部件，相當于進行一次擴大性檢修，只為了鉆鉸一個直徑為12.5 mm、深度為15 mm的孔，這顯得有點“小題大做”。經過綜合比較，電站決定在現場鉆鉸定位銷孔。

對該缺陷的具體處理情況如下：（1）對甩油環刮擦處的毛刺進行打磨、修整;（2）根據圖紙要求，甩油環與擋油板的間隙為1.5～2.5 mm，由于擋油板已嚴重變形，不能繼續使用，須加工制造新的擋油板;（3）在主軸上施工且避開原來定位銷孔位置，重新鉆鉸定位銷孔;（4）在甩油環的另一瓣上重新鉆鉸定位銷孔;（5）按照圖紙要求回裝。

處理過程中要注意以下幾個工藝控制點：（1）甩油環上的孔與大軸上的孔要保持徑向同心，以便于銷子安裝;（2）兩瓣甩油環把合螺栓要涂螺紋鎖固定膠，以防松脫;（3）甩油環把緊后要用0.05 mm塞尺測量甩油環與大軸的間隙，以保證甩油環已把緊并且與大軸間沒有間隙;（4）拆卸前要測量軸承蓋與大軸的間隙，回裝后要進行復測;（5）軸承蓋合縫面、甩油環合縫面、甩油環與主軸貼合面均須涂密封膠，以保證密封性能。

電站工作人員按照上述要求對甩油環進行回裝后，啟動機組進行檢查，無異常聲響，也無漏油現象。后面機組開機運行了幾個月，電站工作人員經常去進行檢查，運行穩定，證明徹底消除了該重大缺陷。

4 結語

該電站由于甩油環的一個螺栓沒有擰緊，差點釀成一起重大設備事故，為防患于未然，電站工作人員又對別的機組水導軸承處進行了檢查，暫未發現明顯異常。由于該電站機組投運時間不長，還未進行機組檢修，在以后的機組定期檢修工作中，很有必要將水導軸承蓋打開，檢查甩油環的運行情況，以避免類似事件發生。

[參考文獻]

[1] 五凌電力有限公司.燈泡貫流式水輪發電機組運行與檢修[M].北京：中國電力出版社，2018.

收稿日期：2021-02-22

作者簡介：余豐（1984—），男，湖南長沙人，工程師，從事水輪發電機組機械設備維護工作。