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        鄧樓泵站機(jī)組葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)事故處理分析

        2020-01-05 09:12:06張方磊黃雪梅
        山東水利 2020年12期
        關(guān)鍵詞:泵站

        張方磊,黃雪梅,劉 輝

        (南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司,山東 濟(jì)南250109)

        鄧樓泵站是南水北調(diào)東線工程的第十二級抽水梯級泵站,山東境內(nèi)的第六級抽水泵站,工程位于山東省梁山縣。工程設(shè)計規(guī)模為100 m3/s,泵站共安裝4 套水泵機(jī)組,3 用1 備,總裝機(jī)容量8 960 kW。泵站設(shè)計揚(yáng)程為35.7 m,年運(yùn)行時間3 770 h,年調(diào)水量13.60 億m3。水泵葉輪直徑3150mm,轉(zhuǎn)速125r/min。主水泵采用3150ZLQ33.5-3.57 型立式機(jī)械全調(diào)節(jié)軸流泵,配套TL2240-48 型立式同步電動機(jī),泵裝置采用肘形流道進(jìn)水,虹吸式流道出水,真空破壞閥斷流。額定功率2 240 kW。

        鄧樓泵站于2013 年5 月試運(yùn)行驗收后投入運(yùn)行,1#機(jī)組已安全累計運(yùn)行8 600 臺時,累計抽水量9.3 億m3。1#機(jī)組在后期運(yùn)行中逐漸顯現(xiàn)調(diào)節(jié)葉片角度時流量增減不明顯,葉片角度與流量不匹配,且運(yùn)行中存在機(jī)組振動擺度偏大,工況逐漸惡化。通過水下檢查發(fā)現(xiàn)葉片間隙不均勻,于2019 年非調(diào)水期對1#機(jī)組進(jìn)行了解體大修。

        1 機(jī)組解體過程中的異?,F(xiàn)象

        1.1 機(jī)組上導(dǎo)瓦上邊緣磨損痕跡明顯

        解體中發(fā)現(xiàn)8 塊上導(dǎo)瓦均出現(xiàn)不同程度磨損,位置位于瓦面上半部位,約占導(dǎo)瓦面積的1/3~1/4,其中進(jìn)水側(cè)瓦磨損最嚴(yán)重,磨損約占瓦面積的2/3,平均磨損深度約0.06 mm。

        1.2 水泵水導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸頸磨損

        測量水導(dǎo)軸承內(nèi)徑,發(fā)現(xiàn)進(jìn)出水方位內(nèi)徑變大磨損最嚴(yán)重,磨損部位在出水側(cè),深度約0.9 mm,面積300 mm×500 mm。水導(dǎo)軸頸出現(xiàn)了偏磨,磨損面積約為400 mm×500 mm,占軸承軸頸總面積的1/3,經(jīng)與葉輪葉片位置比對,磨損方位為3#葉片出水方位。水導(dǎo)軸頸實際加工直徑尺寸為380 mm,經(jīng)測量最大磨損部位直徑為379.10 mm,磨損部位深度達(dá)0.90 mm。

        1.3 水泵葉輪室不銹鋼襯套有明顯剮蹭現(xiàn)象

        水泵葉輪室不銹鋼襯套有明顯剮蹭現(xiàn)象,剮蹭位置垂直方向在出水側(cè)兩半泵殼接縫處成基本對稱方位,水平方向在葉輪外殼中心線上方。剮蹭高度195 mm,寬度275 mm,剮蹭平均深度約0.5 mm。

        1.4 水泵葉輪葉片安放角度不一致

        檢查發(fā)現(xiàn)葉輪的三個葉片中1#葉片角度為-11.8°,2#、3#葉片角度均為-10°,1#葉片角度顯示值較其余兩片顯示值約小1.8°。2#、3#葉片上角邊緣有剮蹭痕跡,2#葉片剮蹭位置在葉片上邊緣,長度約100 mm,3#葉片剮蹭位置在葉片中上邊緣,長度約400 mm。

        1.5 葉片調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)操作架斷裂

        由于3 個葉片安放角度不一致,分析轉(zhuǎn)子體內(nèi)部轉(zhuǎn)葉機(jī)構(gòu)存在定位偏差或發(fā)生故障,查找問題需進(jìn)入轉(zhuǎn)子體內(nèi)部進(jìn)行檢查。經(jīng)充分論證后決定打開轉(zhuǎn)子體下蓋進(jìn)行問題查找,發(fā)現(xiàn):轉(zhuǎn)子體轉(zhuǎn)葉機(jī)構(gòu)操作架上部3 個肋板均存在不同程度裂縫,其中1#葉片對應(yīng)肋板部位裂痕明顯,呈開口狀裂縫寬度約3 mm,2#、3#葉片對應(yīng)肋板部位可見明顯裂痕。

        2 操作架斷裂原因

        2.1 操作架斷裂變形后加劇構(gòu)件磨損

        1#葉片對應(yīng)操作架斷裂裂縫較大,變形嚴(yán)重,2#、3#葉片操作架只出現(xiàn)裂紋,變形較輕,與機(jī)組解體時1#葉片角度為-11.8°,2#、3#葉片角度均為-10°,葉片角度不一致方位相同,問題吻合。從機(jī)組解體原始數(shù)據(jù)測量1#葉片間隙相對2#、3#間隙較大,2#、3#葉片間隙小剮蹭葉輪外殼,實際測量數(shù)據(jù)與理論相符。

        通過分析得知,1#機(jī)組上導(dǎo)瓦磨損、葉輪蹭殼、水導(dǎo)軸承磨損、水導(dǎo)軸頸偏磨的是原因為葉片角度不一致,造成機(jī)組運(yùn)行工況變差,而葉片角度不一致跟操作架斷裂變形有關(guān),因此1#機(jī)組出現(xiàn)問題的根源是操作架斷裂變形。

        2.2 操作架斷裂變形影響因素

        1)超工況運(yùn)行:每年4~6 月是鄧樓泵站水草高峰期,河道中大量水草聚集在泵站攔污柵前,擁堵攔污柵,導(dǎo)致前池進(jìn)水池水位下降,低于設(shè)計最低水位。近兩個調(diào)水年度鄧樓泵站機(jī)組直接通過梁濟(jì)運(yùn)河抽調(diào)南四湖水源,前池進(jìn)水池水位經(jīng)常低于設(shè)計最低值,機(jī)組長時間運(yùn)行,工況較差。

        2)位置因素:泵站機(jī)組為肘型進(jìn)水流道,中間通過隔墩分為兩孔,1#機(jī)組處于泵站邊緣位置,整體過流條件差??拷M(jìn)水池中心線的孔口,過流條件稍好,靠近邊墻的孔口,過流條件較差,兩股水流在隔墩末端交匯時,余能沒有完全抵消,不平衡力長期作用在葉片上。

        3)基礎(chǔ)沉降機(jī)組垂直同軸度變化:泵站主廠房底板為整體性結(jié)構(gòu)一次澆筑成型,沒有分縫。根據(jù)鄧樓泵站12~16 年安全監(jiān)測結(jié)果顯示主廠房整體沉降約11 mm,其中上游左側(cè)沉降15 mm,上游右側(cè)沉降11 mm,下游左側(cè)沉降10 mm,下游右側(cè)沉降9 mm,16 年以后測量數(shù)據(jù)變化不大,廠房逐漸穩(wěn)定。廠房基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致機(jī)組垂直同軸度發(fā)生變化,惡化了機(jī)組運(yùn)行工況。

        4)異物卡阻因素:過水水流混入大型異物,當(dāng)異物經(jīng)過葉輪室時突然撞擊卡阻葉片,導(dǎo)致操作架斷裂。

        5)設(shè)計制造因素:設(shè)計中操作架受力分析不到位,加工制造工藝有瑕疵或存在缺陷,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠,機(jī)組長期運(yùn)行,操作架疲勞受力出現(xiàn)裂縫。

        3 處理措施

        3.1 軸瓦處理

        1)上導(dǎo)瓦的處理。上導(dǎo)瓦為巴氏合金瓦,對于磨損的導(dǎo)瓦重新研刮以滿足要求。

        2)水導(dǎo)軸承處理。水導(dǎo)軸瓦為賽龍軸承,軸瓦采用條塊狀賽龍瓦塊插在鑄不銹鋼的分半式軸承體上,分半結(jié)構(gòu)便于檢修更換。機(jī)組解體后對原水導(dǎo)軸承再預(yù)裝檢查,內(nèi)徑明顯超標(biāo),軸瓦磨損量已不適合再繼續(xù)使用,更換備用水導(dǎo)軸承。

        3)水導(dǎo)軸頸處理。由于現(xiàn)場不具備加工條件,因此對泵軸進(jìn)行返廠維修。將水導(dǎo)軸頸單邊去除3 mm,然后PT 檢查,發(fā)現(xiàn)缺陷焊補(bǔ)消除。水導(dǎo)軸頸底徑加工后,堆焊單邊厚度不小于3 mm不銹鋼材料,堆焊后保證留有車削余量。最后按設(shè)計要求恢復(fù)出廠尺寸:以兩端法蘭止口為基準(zhǔn),校直泵軸,采用專用磨頭進(jìn)行磨加工,測量軸頸直徑尺寸符合標(biāo)準(zhǔn),表面粗糙度達(dá)到0.8 μm,合格后出廠。

        3.2 操作架更換

        原操作架采用ZG270-500 整體鑄造,斷裂上肋板寬度30 mm,操作架板整體厚度30 mm,已無法再用,廠家訂做鑄造新件。新訂做操作架采用ZG310-570 整體鑄造,屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度更高,肋板尺寸寬度加大到56 mm,并且在3 個斷裂的肋板附近兩面均增加了一圈寬度30 mm 環(huán)形肋,操作架板整體厚度也增加到40 mm,大大提高了其強(qiáng)度。鑄造加工完畢后做靜平衡檢查,最大外圓處允差小于250 g,合格后出廠。

        3.3 葉片安放角度一致性處理

        檢修現(xiàn)場條件有限,準(zhǔn)確恢復(fù)3 個葉片角度一致性及如何測量驗收是安裝難點。安裝操作架調(diào)整葉片角度。安裝操作架3 個葉片準(zhǔn)確恢復(fù)設(shè)計0°角。連接操作桿與電機(jī)拉桿、電機(jī)拉桿與轉(zhuǎn)輪體,在推力頭與操作桿間安裝2 個25 t 千斤頂,用千斤頂升降操作桿。打緊操作架主軸螺栓,松開操作架連接的3 個葉片拐臂的螺栓,操作架升降時葉片拐臂不動。把3 個葉片按機(jī)械指示位置都調(diào)整到0°。用千斤頂升降操作桿,先升后降再緩緩上升,上升時觀察操作架與3 個葉片拐臂相對位置,當(dāng)有一個拐臂頂住操作架后,停止上升,測量另2 個拐臂與操作架高度,此高度就是葉片拐臂位置需加墊量,加墊后打緊螺栓,測量角度一致性及葉片開度,反復(fù)調(diào)整直至符合標(biāo)準(zhǔn)。

        葉輪葉片開度測量。首先將葉片角度調(diào)至設(shè)計0°角,在0°角時葉片開度L 設(shè)計值652.6 mm,葉片為扭曲狀,現(xiàn)場測量工具無法直接測出葉片開度L。間接測量葉片開度L,以固定導(dǎo)葉體止口下平面為基準(zhǔn),分別測量葉片上下邊緣至固定導(dǎo)葉體止口下平面距離,兩個距離差即為葉片開度。依據(jù)測量結(jié)果,3 個葉片開度均在誤差范圍內(nèi),操作架安裝驗收完成,進(jìn)入下步工序。2#、3#葉片及葉輪外殼剮蹭處不做處理。

        3.4 機(jī)組固定部件垂直同軸度調(diào)整

        機(jī)組固定部件垂直同軸度調(diào)整分兩步進(jìn)行,首先調(diào)整定子垂直。使定子鐵芯垂直東邊升高0.66 mm,南邊需升高0.3 mm。調(diào)整時兩個方位分別進(jìn)行,在基礎(chǔ)板與下機(jī)架結(jié)合面上加紫銅片墊,注意加墊量不超過三層。其次調(diào)整定子中心,調(diào)整定子中心時以水導(dǎo)軸承軸窩中心為基準(zhǔn)。東西向定子與水泵軸窩的不同軸度為1.83 mm,由于所測半徑東大西小,故定子向西平移才能使定子居中,平移距離為0.915 mm。南北向使定子居中需向北平移距離0.875 mm。平移時兩個方位分別進(jìn)行。由東向西平移時在下機(jī)架梁東邊放一螺桿千斤頂,緩慢頂移,在對面放百分表監(jiān)視平移距離,在垂直方位放百分表監(jiān)視以防偏移。東西向調(diào)整完畢后,再調(diào)整南北向,直至符合要求為止。調(diào)整完畢,進(jìn)行后續(xù)工序。

        4 結(jié) 論

        大中型水泵機(jī)組葉片調(diào)解機(jī)構(gòu)采用機(jī)械全調(diào)節(jié)是穩(wěn)定可靠的,結(jié)構(gòu)相對簡單,維護(hù)成本低,是水泵發(fā)展的主流形式。本文對鄧樓泵站1#機(jī)組大修過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析研究,找出了問題根源是操作架斷裂造成的,并對斷裂原因進(jìn)行了系統(tǒng)分析和妥善處理,對泵站設(shè)計、運(yùn)行維護(hù)及設(shè)備制造等提供了借鑒和參考。

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