王 敬

海南省儋州市南豐電站 571724

水輪機(jī)軸承不銹鋼襯加工工藝的改進(jìn)

王 敬

海南省儋州市南豐電站 571724

介紹南豐電站1、2號(hào)機(jī)組運(yùn)行40余年，針對(duì)機(jī)組水導(dǎo)軸承運(yùn)行存在問題進(jìn)行了更換，尋求最佳加工工藝，為同類中小型機(jī)組創(chuàng)效提供切實(shí)可行的技術(shù)依據(jù)和加工工藝。

不銹鋼襯裂；燒瓦；加工工藝

南豐電站位于海南省西部儋州市南豐鎮(zhèn)，是松濤電力生產(chǎn)的主力電站，是松濤地網(wǎng)和省電網(wǎng)的連接樞紐。于1960年4月動(dòng)工興建，1969年1月土建工程全面竣工。裝機(jī)3臺(tái)均系立式發(fā)電機(jī)組，總?cè)萘繛?.49萬(wàn)KW。水庫(kù)總庫(kù)容26億立方米，有效庫(kù)容21億立方米，年設(shè)計(jì)發(fā)電量9600萬(wàn)度，為松濤水庫(kù)庫(kù)容治理，防汛抗旱提供重要經(jīng)濟(jì)保障。1號(hào)機(jī)組1967年3月開始安裝，1968年8月1日試機(jī)成功，9月15日正式投產(chǎn)發(fā)電。2號(hào)機(jī)組于1970年8月投產(chǎn)發(fā)電，3號(hào)機(jī)組是南寧發(fā)電總廠1993年生產(chǎn)的，1994年7月14日投產(chǎn)發(fā)電。其中1、2號(hào)水輪機(jī)型號(hào)：HL263-LJ-235,轉(zhuǎn)速187.5轉(zhuǎn)/分。水導(dǎo)軸承采用圓筒式橡膠軸瓦，潤(rùn)滑方式：自流水潤(rùn)滑，工作壓力0.8PMA～2.5PMA。為了考慮水導(dǎo)軸承處運(yùn)行磨損后便于修復(fù)，在水輪機(jī)導(dǎo)軸承處鑲焊一個(gè)不銹鋼襯，鋼襯材料采1Cr21Ni5Ti。

1986年5月11日，南豐電站水輪機(jī)水導(dǎo)軸承不銹鋼襯發(fā)生開裂燒瓦事故。事故發(fā)生后，南豐電站檢修人員立即進(jìn)行搶修。這次事故，他們預(yù)想只能燒橡膠瓦，但拆吊水導(dǎo)瓦出來(lái)后檢查不銹鋼襯，發(fā)現(xiàn)不銹鋼襯發(fā)生多處裂紋，軸向最長(zhǎng)長(zhǎng)度約70mm，最大寬度2mm～3mm，這是南豐電站對(duì)這起事故意想不到不銹鋼襯會(huì)裂開。由于沒有材料準(zhǔn)備，所以只能采取臨急措施，采取現(xiàn)場(chǎng)用不銹鋼焊條補(bǔ)焊打磨修復(fù)。經(jīng)過297小時(shí)進(jìn)行搶修，終于恢復(fù)了機(jī)組運(yùn)行并發(fā)電，減少了經(jīng)濟(jì)損失。

這次事故的發(fā)生，主要原因有兩個(gè)。一是水導(dǎo)冷卻潤(rùn)滑水量不足而引起的。水導(dǎo)冷卻水量不夠的原因在于：供水系統(tǒng)管路多年運(yùn)行后結(jié)垢，過水截面減少。原設(shè)計(jì)供水系統(tǒng)管路采用2!的鋼管，由于運(yùn)行時(shí)間久，水管結(jié)垢，管徑僅剩25mm左右，使過水截面減兩倍，這是燒瓦、不銹鋼襯開裂的一個(gè)原因。二是不銹鋼襯過薄，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，不銹鋼襯產(chǎn)生機(jī)械疲勞。加上水量不足，散熱不良，溫度上升，在惡劣條件循環(huán)下，不銹鋼襯首先在薄弱部位產(chǎn)生裂紋。從2#機(jī)發(fā)生燒瓦及不銹鋼開裂的事故教訓(xùn)中，他們也檢查了1#機(jī)主軸不銹鋼襯，也發(fā)現(xiàn)有輕微的裂紋。為此，南豐電站決定，冬修安排兩臺(tái)機(jī)組大修當(dāng)中，進(jìn)行水輪機(jī)不銹鋼襯更換。1988年底，委托廣州市重型機(jī)器廠對(duì)2#機(jī)主軸不銹鋼襯更換加工。由于沒有耐磨性原設(shè)計(jì)采用1Cr21Ni5Ti材料，而采用1Cr18Ni9Ti材料替代。

1988年大修當(dāng)中，2#水輪機(jī)不銹鋼襯更換后，經(jīng)過一段時(shí)間運(yùn)行考驗(yàn)，尤其是由于當(dāng)年水庫(kù)干枯，放水發(fā)電過程中。引水隧洞積砂近1000立方米，大修結(jié)束放水發(fā)電，隧洞近1000立方米，通過兩臺(tái)機(jī)組，對(duì)水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)有很大影響。

89年初，針對(duì)這個(gè)問題，特意安排機(jī)組小修，對(duì)2#機(jī)組水輪機(jī)導(dǎo)軸承不銹鋼襯進(jìn)行檢查，剛換上的不銹鋼襯，僅運(yùn)行4個(gè)月時(shí)間，就被砂磨損單邊深達(dá)0.4mm左右，而1#機(jī)原來(lái)不銹鋼襯被砂磨損情況不明顯。可見，采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼襯更換水機(jī)不銹鋼襯，比耐磨性原設(shè)計(jì)采用1Cr21Ni5Ti.差得遠(yuǎn)。

1991年9月，電站對(duì)1#機(jī)組進(jìn)行了擴(kuò)大性大修，也更換了水輪機(jī)主軸不銹鋼襯。1#機(jī)組不銹鋼襯更換，電站委托石碌鐵礦機(jī)修廠更換加工，原設(shè)計(jì)圖紙采用1Cr21Ni5Ti不銹鋼板，由于聯(lián)系購(gòu)買不到這種型鋼，只能采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼板來(lái)代替。

2002年2#機(jī)組大修水機(jī)不銹鋼襯再次產(chǎn)生裂紋運(yùn)往南寧設(shè)備總廠加工，采取了新的加工工藝：采用1Cr18Ni9Ti不銹鋼板，將不銹鋼板不銹鋼板卷?yè)P(yáng)成圓筒后，按20mm左右寬度截成條料順著軸向地把整個(gè)圓周用專用工具夾緊再焊好，經(jīng)局部退火后在進(jìn)行車削不銹鋼襯到要求尺寸。2006年冬修進(jìn)行2#機(jī)組大修、2010年11月1#機(jī)組擴(kuò)大性大修，檢查水輪機(jī)軸承不銹鋼襯，沒有裂紋，磨損也小，情況比原先的效果都好。

結(jié)論：原設(shè)計(jì)圖紙誰(shuí)機(jī)主軸母體外徑為480mm，外鑲不銹鋼襯后，然后才精車至標(biāo)準(zhǔn)尺寸495mm～0.30mm，從設(shè)計(jì)圖紙看，不銹鋼襯單邊達(dá)0.75mm，其實(shí)不然，在主軸不銹鋼更換這項(xiàng)工作，我站參與過程當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)和掌握一些情況。1#水機(jī)主軸母體483mm，比原設(shè)計(jì)480mm打了3mm,所以不銹鋼襯包焊上去精車加工后，單邊最大尺寸只能達(dá)到6mm.其一，不銹鋼板卷?yè)P(yáng)成圓筒后，由于鋼板卷?yè)P(yáng)后的圓弧存在高低誤差；其二，在焊接過程當(dāng)中，由于沒有專用工具夾緊，不銹鋼圓筒壓不到位于母體接觸良好就焊接，也保證不了加工尺寸?；蛘呤且幻婺阁w接觸良好，一面與母體接觸不到位就焊接，這就造成不銹鋼圓筒與水輪機(jī)主軸不同心。這樣，加工精車后，就會(huì)出現(xiàn)一邊薄，一邊厚的尺寸，從1#號(hào)水機(jī)不銹鋼襯更換當(dāng)中，就是這種情況。從1986年5月11日事故發(fā)生后，并對(duì)多年加工不銹鋼襯，我總結(jié)如下：

1）有計(jì)劃地進(jìn)行對(duì)水系統(tǒng)管道的清洗，尤其要對(duì)水導(dǎo)管道的清洗，清除管道結(jié)垢，以保證有足夠的冷卻潤(rùn)滑水量。

2）要保證所鑲焊不銹鋼襯的厚度，以免長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，產(chǎn)生繼續(xù)接疲勞引起開裂。

3）在更換不銹鋼襯時(shí)，為了使不銹鋼襯內(nèi)圓弧與主軸母體有良好接觸，應(yīng)將不銹鋼板卷?yè)P(yáng)成圓筒，將不銹鋼板不銹鋼板卷?yè)P(yáng)成圓筒后，按20mm左右寬度截成條料順著軸向地把整個(gè)圓周夾緊再焊好，這樣才保證不銹鋼圓筒與主軸母體接觸良好。最后經(jīng)局部退火后才進(jìn)行外圓車削、加工到精度尺寸。

4）如果這幾點(diǎn)保證了，才能克服和杜絕1986年5月11日的類似事故發(fā)生。

[1]91年華南情報(bào)網(wǎng)南豐電站內(nèi)部資料

10.3969/j.issn.1001-8972.2012.23.057

王敬.男，海南省儋州市人，1965年3月30日出生，海南松濤南豐電站副站長(zhǎng)，水電工程師，從事機(jī)械運(yùn)行、檢修及管理工作。