范宗旺，張正杰，李琪飛，3

（1.青海益和檢修安裝有限公司，青海省西寧市 810000；2.蘭州理工大學能源與動力工程學院，甘肅省蘭州市 730050；3.甘肅省流體機械及系統(tǒng)重點實驗室，甘肅省蘭州市 730050）

0 引言

從世界水電發(fā)展的趨勢可以看出，低水頭水電站建設的重要性正在日益增大。我國低水頭水力資源十分豐富，貫流式水電機組正是開發(fā)低水頭水力資源的良好機型。隨著水電建設的發(fā)展，臥室布置的貫流式水輪機在低水頭水電站中變得更加重要和更具競爭力。在貫流式機組中，由于燈泡式機組具有許多優(yōu)點，發(fā)展尤為突出，占目前已生產的貫流式機組數(shù)量的80%。在德、法、瑞、奧、美、俄等歐美國家以及日本等國都達到了相當發(fā)展的程度[1]。直到近二十余年內，燈泡貫流式機組的設計、制造及發(fā)展在國內得以實現(xiàn)，國內設計制造的水平正處于不斷地摸索和不斷進步當中，機組運行的經(jīng)驗相對欠缺，造成近年投運的一些大型貫流機組不同程度地出現(xiàn)了一些問題。據(jù)調查[2]，國內設計制造的貫流式機組在運行初期都不同程度地存在諸如振動噪聲大，漏水、漏油、漏氣三漏，潮濕、通風條件差、又悶又熱，檢修困難、工作條件差等問題。機組運行狀態(tài)的好壞直接關系到電站安全、經(jīng)濟地提供可靠、高質量的電力，所以保證水電機組穩(wěn)定運行，及早發(fā)現(xiàn)機組所存在的問題是有重要意義的。

燈泡貫流式水輪發(fā)電機組徑向軸承嚴重燒損是非常少見的事故，但由于機組燈泡體的空間過于狹小，在潮濕、悶熱等惡劣環(huán)境下，給檢修工作帶來了難以想象的困難。在大型貫流式水輪機組的設計中法國的奈爾皮克公司采用增壓式壓縮空氣冷卻，極大地緩解了水輪機燈泡內部各發(fā)電機組及軸承的冷卻問題[5-7]。軸承是水輪發(fā)電機組的關鍵性結構部件，其運行性能的優(yōu)劣，直接影響機組運行可靠性的高低。軸承事故率在機組運行事故中占有較大的比重。究其原因，除了設計、制造質量水平低外，多數(shù)是由于檢修、運行經(jīng)驗不足，處理調整不當造成。現(xiàn)有對燈泡貫流式水輪發(fā)電機組徑向軸承修復方法大多都停留在初步探討，實用性和普遍性尚待進一步驗證，提供的專用工具體型大、過于沉重，根本體現(xiàn)不出現(xiàn)有工具在檢修過程中的優(yōu)越性。

2013年5月15日突降暴雨，造成該機組潤滑油系統(tǒng)進水，進而發(fā)生一起發(fā)電機組徑向軸承燒瓦事故。通過全程參與該事故的緊急檢修，針對工具的不實用性、檢修程序的詳細介紹及重點和難點的分析，對檢修工具進行相應設計和研究，保證正常檢修有重要的意義。同時，為實現(xiàn)同類型電站發(fā)生機組潤滑油系統(tǒng)進水的處理提供指導作用。

1 機組主要參數(shù)

該機組為臥軸燈泡貫流轉槳式結構，水輪機和發(fā)電機共用一根主軸，兩端分別與轉輪和轉子相連接。發(fā)電機組型號為SFG 40.75—48/5835，其他參數(shù)如表1所示。轉動部分由2個導軸承支撐。發(fā)電機組被安置在燈泡體內，燈泡體成為水輪機流道的組成部分。機組的支撐采用管型座上、下兩根支柱（上、下過人豎井）為主支撐，發(fā)電機組水平和垂直支撐為輔助支撐的方式。上、下支柱與混凝土為剛性連接，承受水推力產生的彎矩和發(fā)電機轉矩。輔助支撐為彈性連接，主要承受燈泡體的重量、浮力和不平衡力以增加機組的穩(wěn)定性，支撐設有允許滑動的球面。其徑向軸承表面材料和正 、反推力軸瓦表面材料均為巴氏合金。

表1 機組的重要參數(shù)Tab. 1 Important parameter for unit

2 組合軸承的結構分析

該電站發(fā)電機組組合軸承是集鏡板、正、反向推力軸承和徑向軸承為一體，結構緊湊。正、反向推力軸承外形尺寸相同，材料均為普通巴氏合金瓦，正向推力軸承承受機組在運行時機組運轉時的軸向水推力，反向推力軸承承受機組在停機過程中所產生的反向軸向水推力，并將承受的徑向載荷通過瓦座、支撐環(huán)傳遞給電站基礎。在正常運行時，潤滑油由鏡板進入摩擦面，充分潤滑推力軸承，實現(xiàn)機組運行的可靠性、安全性。鏡板為25號鍛鋼，與合縫板及筋板焊接而成，鏡板分為正、反向推力兩個工作面，合縫板將兩瓣鏡板把合成整圓套于主軸上，通過平鍵傳遞扭矩，為減小鏡板旋轉時的攪動損耗，鏡板外緣裝有圍板進行防護，發(fā)電機組導軸承由導軸承殼和軸瓦等部件組成，為分半結構導軸承殼采用ZG20MnSi材質，軸瓦系鋼襯外殼，內圓澆筑巴氏合金，導軸承殼與支持環(huán)用的是剛度高穩(wěn)定性好的球面支承結構，可以大大提高機組的穩(wěn)定性和可靠性，正常運行時，導軸承由外部供油潤滑冷卻。開停機過程中機組在低速區(qū)轉動時，由高壓給油裝置供油潤滑。正、反推力瓦測溫電阻為內置式，電阻及其線纜布置在油槽內，采用特制接頭與外部連接。

3 徑向軸承的檢修

燈泡貫流式發(fā)電機組的徑向軸承采用調位軸承，能隨軸的擺度自行調整，保證與軸頸有良好的接觸，以避免偏磨，與推力軸承是密切地結合在一起，為了順利檢修徑向軸承，首要任務是將組合軸承依次拆卸下來。檢修的效益表現(xiàn)在投入、工期和質量等方面。應力求盡量減少人力、物力的投入；盡量縮短工期，同時要保證高質量，保證檢修后的機組能長期安全、穩(wěn)定的運行。

3.1 組合軸承拆卸

檢修效益的取得離不開好的計劃安排和嚴格的管理。在拆卸之前，準備好所需的工具，必要時做好記錄的準備，拆卸方案如下所示：

（1）關閉進水口、尾水閘門，排空進水口、 尾水流道內的集水，緊接著關閉組合軸承供油總閥，排除軸承內潤滑油，最后關閉調速器總供油閥。

（2）做好標記后，首先拆除與組合軸承相連的所有二次接線，依次拆除進入燈泡體豎井兩側所有妨礙設備吊裝的一、二次電纜、 遮欄和油氣水管路，檢修人員進入爬梯，并拆除燈泡體內的檢修平臺及所有影響正推力油槽平移的部件。正式拆卸按下列步驟和方法進行：

（1）拆除燈泡體內主軸保護罩，因燈泡體內空間狹小，若放置在此嚴重影響后續(xù)工作開展，將其吊出燈泡體放置在運行層指定位置。

（2）用專用工器具將拆除正推力油箱與支撐環(huán)連接螺栓，水平位置左右各預留兩個連接螺栓以防止意外發(fā)生。

（3）在主軸上敷設厚5.0mm的工業(yè)毛氈保護主軸。

（4）在燈泡體內專用平移軌道上安裝自制正推力油槽平移小車，拆除所有預留連接螺栓；在下游側利用兩個1T手拉葫蘆配合平移工具，緩慢地將正推力油槽轉移至下游側，離開距離達2800mm時將平移小車及正推力油槽可靠固定。

3.2 盤車檢查及結果

將正推力瓦座轉移至下游側后，正常情況下，要求進行機組整體盤車。 盤車的目的有4個：

（1）檢查機組軸線的傾斜和曲折情況。

（2）通過盤車測量各處的擺度值，用于分析和調整機組軸線。

（3）為導軸瓦間隙調整做準備。導軸瓦與軸頸之間的間隙，需根據(jù)機組軸線的實際情況來調整。導軸瓦間隙的調整工作，以最后一次軸線檢查為依據(jù)。

（4）檢查推力瓦的接觸情況。

此次事故已將徑向軸承嚴重損害，巴氏合金將主軸“抱死”，無法進行盤車作業(yè)。因此，會給后續(xù)設備的拆卸和回裝帶來諸多困難，檢修工期也會因此延長。本次檢修在對各種方法進行詳細對比之后，選用以下方法進行拆卸：

（1）測量鏡板與反推力座的距離，以了解檢修前機組中心及受力狀況，方便與檢修后數(shù)據(jù)對照。

（2）拆除鏡板保護罩，松開鏡板分瓣連接螺栓，下半部鏡板在管型座內利用兩個3T手動葫蘆與主軸安裝位置可靠固定，在鏡板垂直方向的管型座內焊接兩個吊耳，利用兩個3T手動葫蘆將上半部鏡板拆除，通過天車配合平移至豎井下游側，放置在工業(yè)毛氈上，利用相同的方法拆除鏡板下半部并平移至上半部所在位置與其組合，組合后的鏡板平移至正推力油槽內防止鏡板在此后的工作中受到傷害；鏡板兩面用工業(yè)毛氈制成圓面貼面加以保護，以防止工作中不小心發(fā)生碰撞損壞。

（3）在距離反推力座1500mm處利用下立柱受力，配合兩個200t油壓千斤頂和專用拖軸工具將主軸和轉子頂起，根據(jù)實測的徑向軸承上部間隙0.65mm，實際操作時將軸頂起了0.4mm，在轉子上部和左右各架設一部百分表監(jiān)視主軸頂起高度和左右偏移狀況，頂起高度符合要求后，在專用拖軸工具和液壓千斤頂之間設置楔子板，防止液壓千斤頂泄露主軸降落壓壞定子。

（4）利用自制拆裝軸承工具配合10t機械千斤頂，將發(fā)電機組徑向軸瓦整體平移出徑向軸承座，在管型座處利用2個19T手拉葫蘆吊住發(fā)電機組徑向軸瓦下部，松開組合螺栓，在行車小鉤上掛1個2T、2個1T手拉葫蘆，經(jīng)吊起換向后將上部軸瓦吊出燈泡體。

（5）將下部軸瓦轉至主軸+Y處，和上部軸瓦同樣的工藝下部軸瓦吊出燈泡體，經(jīng)過以上分段拆卸，拆卸工作即告完成。

3.3 主軸修復

因徑向軸瓦已嚴重燒損，造成主軸也受到較嚴重的損傷，特別是水潤滑的橡膠導軸承其不銹鋼段損傷嚴重，出現(xiàn)許多深溝。需對主軸進行修復，確保主軸的光潔度，還應對軸頸進行檢查和處理。

（1）用刮刀輕刮去掉主軸上的塊狀巴氏合金，以便于研磨修復。用天然油石對主軸軸頸沿圓周方向進行帶油碾磨，碾磨力度必須一致。用砂紙帶油拋光到要求的光潔度。

（2）軸頸檢查：用水潤滑的橡膠瓦導軸承，單側偏磨值在0.5mm以下為合格。

（3）軸頸處理：當軸頸偏磨超過允許值，要進行處理。可以使用皮帶繞過大軸轉動架可以繞軸做圓周運動，用固定在走刀架上的砂輪進行研磨處理。

3.4 備用瓦的處理

軸承的檢查，必須在拆下后馬上進行。這是因為根據(jù)巴氏合金的磨損、損傷的程度，必須要對備用的軸瓦進行加工，而軸瓦的珩磨需要很長時間。軸瓦進出油邊的鎢金在制造廠內刮好，在工地裝配時軸瓦不再進行刮研。檢查時必須注意下列幾點：

（1）工作面的磨損、損傷及變色；輕微的磨損可以使用掛瓦的刀花磨掉，而嚴重的磨損可使巴氏合金磨薄，甚至在局部形成凹坑和溝槽，這就需要采用熔焊巴氏合金的方法進行修補。

（2）軸瓦與巴氏合金有無脫離的地方，用銅或木槌輕輕敲打，從聲音即能判斷出來。

（3）對扇形瓦來說要注意摩擦腐蝕。

3.5 徑向軸承的裝配

發(fā)電機組徑向軸承的回裝步驟全部按照拆卸的逆向順序進行回裝。將拆卸時的方法和步驟詳細記錄在案，回裝時也就有了具體操作方式，簡單易行。先把軸承體與頂蓋支持面結合的盤根槽和法蘭面清掃干凈，把止水橡皮條接好，檢查軸承坑內部并清洗雜物，同時還有以下注意事項：

（1）在對徑向軸瓦進行裝配時，對于瓦面要特別加以重視，瓦面應無脫殼、裂紋、硬點、砂眼等缺陷。檢查徑向軸瓦潤滑油孔、高壓油孔、測溫孔螺紋。在瓦面經(jīng)過經(jīng)過鏡板止口處，應鋪墊玻璃絲板加以保護，防止刮傷瓦面。

（2）對鏡板進行裝配時，應首先安裝帶有鍵槽的分瓣鏡板，找準鏡板的安裝位置，此次特別注意鏡板鏡面的粗糙度，通過測量機組啟動摩擦系數(shù)來確定鏡面粗糙度的變化情況。根據(jù)有關實驗結果，軸瓦摩擦面在正常情況下的摩擦系數(shù)約為0.15～0.20，若所測數(shù)值遠超過此范圍，即證明鏡板鏡面的粗糙度增加了。需要按擬定的工藝對鏡板鏡面進行超級精磨或研磨，降低鏡面粗糙度。

（3）更換所有組合面的橡膠盤根，并在所有組合面抹密封膠，并對軸承間隙進行測定及調整，以防止運行過程中漏油。

（4）軸瓦安裝后，拆除安裝的楔子板，緩慢松下落頂主軸的千斤頂，將轉子重量轉至發(fā)電機組徑向軸承處，檢查支撐墊背部與對應鏡板的間隙為2.0～2.3mm，測量軸承間隙。

4 結束語

此次檢修比較成功，機組修復后成功實現(xiàn)并網(wǎng)運行，各項參數(shù)皆與正常運行相同。本次檢修工藝在相同類型的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組具有較高的推廣價值。當然，由于不同類型機組的結構不盡相同，其運行和維護工作有所差異，應根據(jù)不同情況區(qū)別對待。只有這樣才能提高燈泡貫流式機組的安全運行水平。

[1] Borgwardt，Loren C.，Leonardson，Kenneth R.，Schuchard，Marvin E. CORNELL Hydro Station ：Five Years Experience with Tubular-Type Turbine-Generating Units.Proceedings of the American Power Conference，1983，45：1078-1084.

[2] 劉滿宏.燈泡貫流式水輪機設計制造水平綜述[J].東方電機，1994（1）：74-78.LIU Manhong. A review on thelevel of design andmanufacture in the flow-bulb hydro-generator[J].Dongfang Electrical Machine，1994（1）：74-78.

[3] Bathek. J.，Wilson E. J. Numerical methods in finite elment analysis[J]. Prentice-Hall，Inc.1976 .

[4] C.A.Felippa，K.C.Park. Staggered transient analysis procedures for coupled mechanical systems formulation[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering，1980.4.

[5] Wenfeng D U，Sun Z，Gao B，et al. Finite elment analysis of a cast-steel joint with three branches in tree-like structure[J].Journal of Building Structures，2014.