趙天來(lái) 尚建斌

摘要：多松多水電站#2水輪發(fā)電機(jī)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(guò)對(duì)焊縫進(jìn)行返廠(chǎng)處理，并對(duì)產(chǎn)生裂紋原因進(jìn)行分析，制定合理運(yùn)行方式，避免類(lèi)似現(xiàn)象繼續(xù)產(chǎn)生。

關(guān)鍵詞：焊縫處理;原因分析;運(yùn)行措施

概述

我國(guó)水輪發(fā)電機(jī)的布置類(lèi)型中，立式機(jī)組占了很大比重，而推力軸承則是立式機(jī)組結(jié)構(gòu)中的重要部件，是機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)體與固定體直接接觸的轉(zhuǎn)動(dòng)承載的惟一部件，承載機(jī)組整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件的徑向慣量和軸向推力，它的工作狀態(tài)直接影響機(jī)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(chǎng)房距碌曲縣城約60km。電站為低壩無(wú)調(diào)節(jié)引水式電站，裝機(jī)容量為21MW（3×7MW），安裝三臺(tái)7MW混流式機(jī)組，發(fā)電機(jī)型號(hào)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(jī)年利用小時(shí)數(shù)為4336h，多年平均年發(fā)電量為9106萬(wàn)千瓦時(shí)，2011年11月三臺(tái)機(jī)相繼發(fā)電投運(yùn)。

多松多電站#2機(jī)組在2020年4月檢修盤(pán)車(chē)時(shí)，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(chǎng)判斷需對(duì)推力瓦支撐球面螺栓托盤(pán)、鏡板、推力瓦支撐球面螺栓等返廠(chǎng)進(jìn)行處理，方能回裝投運(yùn)。通過(guò)運(yùn)行單位和檢修單位會(huì)商確定一方面安排對(duì)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(chǎng)加工處理，另一方面對(duì)此問(wèn)題進(jìn)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(jī)推瓦承受機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的全部重量和水流的軸向力，并傳遞給荷重機(jī)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(pán)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(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分和固定部分的摩擦面，并且承受整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量和軸向水推力。

2.受力分析

由8個(gè)聯(lián)接螺絲將鏡板與推力頭連成一體，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的全部重量和軸向水推力均通過(guò)鏡板支承于推力瓦上，鏡板的壓應(yīng)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(yīng)視為彈性。當(dāng)聯(lián)接螺絲擰緊，螺絲中便產(chǎn)生拉應(yīng)力.習(xí)慣上該螺絲都被擰的較緊，預(yù)拉應(yīng)力較大，鏡板所受強(qiáng)大的壓應(yīng)力，其厚度較薄的絕緣墊可視為一“柔”性層，擰緊螺絲后便會(huì)成為“荷葉邊”形，因?yàn)槭菑椥月?lián)接，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)螺絲中的預(yù)拉應(yīng)力隨其通過(guò)支承螺絲而發(fā)生周期性的變化[1]。

3.支座與法蘭焊縫開(kāi)裂原因淺析

推力瓦支撐球面螺栓垂直擰入裝有8個(gè)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(gè)螺紋套筒與下部法蘭連接焊縫開(kāi)裂，通過(guò)分析，推力瓦支撐的螺紋套筒與法蘭焊縫開(kāi)裂的現(xiàn)象主要是由于機(jī)組振動(dòng)加大[2]。

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

機(jī)組振動(dòng)區(qū)運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。電站所處位置在洮河流域上游區(qū)域，來(lái)水流量對(duì)電站機(jī)組所需流量長(zhǎng)期處在不飽和狀態(tài)，為有效的減少機(jī)組啟停機(jī)造成不必要的水資源浪費(fèi)，故機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間處于振動(dòng)區(qū)或振動(dòng)區(qū)邊緣運(yùn)行，造成機(jī)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(duì)薄弱，電網(wǎng)失電、沖擊事故頻發(fā)，對(duì)機(jī)組造成沖擊和限電頻繁啟動(dòng)，在電網(wǎng)系統(tǒng)沖擊過(guò)程中機(jī)組推力頭受力相對(duì)復(fù)雜，形成剪力、扭矩等不同方向的破壞力，會(huì)對(duì)螺紋套筒焊縫部位造成損傷。

4.處理措施

為確保機(jī)組修后安全運(yùn)行，需對(duì)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(chǎng)加工處理。具體處理措施如下：

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

2.對(duì)鏡板進(jìn)行桁磨處理。

3.對(duì)推力瓦8套支撐球面螺栓及螺紋螺套進(jìn)行探傷檢查，對(duì)存在問(wèn)題的螺栓進(jìn)行更換處理。

5.處理效果及運(yùn)行措施

本次檢修吊出#2機(jī)組推力頭，對(duì)推力頭螺紋套筒焊縫開(kāi)裂部分外送加工廠(chǎng)家重新刨焊，對(duì)鏡板表面拋光找平，修復(fù)后經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)大軸找中、軸瓦間隙調(diào)整、滑環(huán)同心度檢查，連軸盤(pán)車(chē)后各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合檢修標(biāo)準(zhǔn)要求，消除了機(jī)組震動(dòng)、擺度過(guò)大等缺陷。4月10日多松多電站#2機(jī)組檢修完成相關(guān)試驗(yàn)后，實(shí)現(xiàn)一次性并網(wǎng)發(fā)電成功，通過(guò)24小時(shí)試運(yùn)行和30天運(yùn)行監(jiān)測(cè)，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(dòng)擺渡符合要求，提高了機(jī)組安全運(yùn)行的可靠性。

機(jī)組盤(pán)車(chē)后各部位數(shù)據(jù) 通過(guò)本次檢修和分析，對(duì)機(jī)組運(yùn)行維護(hù)提出相應(yīng)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(xiàng)目，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題在檢修過(guò)程中予以處理。二是確保機(jī)組滿(mǎn)負(fù)荷平穩(wěn)運(yùn)行，不得超負(fù)荷長(zhǎng)周期運(yùn)行。三是減少頻繁啟動(dòng)次數(shù)，并避開(kāi)振動(dòng)區(qū)保持機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

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

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