崔曉遠,徐立建,陳 勇
(江蘇省駱運水利工程管理處,江蘇?宿遷?223800)
劉老澗水電站位于江蘇省宿遷市宿豫區(qū)仰化鎮(zhèn)境內的中運河上,是淮水北調的第二梯級站,南水北調東線第五梯級站之一,具有調水、擋洪、發(fā)電等多種功能;自1996年建成以來,累計抽水約117.62億m3,發(fā)電約4 300萬kW·h,保證了蘇北地區(qū)農田灌溉、工業(yè)及通航用水。該泵站經過20多年的運行,于2015年經安全鑒定為三類泵站。
2019年1月,江蘇省水利廳批復8 937萬元省級資金對該泵站進行加固改造,工程于2019年8月開工建設;改造后設計流量為150 m3/s,總裝機容量為8 800 kW。
通過本次加固改造,解決了水泵氣蝕嚴重,主電機定子鐵心、矽鋼片銹蝕變形,混凝土構件碳化等問題,提高了泵站運行效率,消除了工程安全隱患。
2021年5月,劉老澗水電站機組運行期間,突然發(fā)現動擺度增大、振動劇烈的情況,調取如圖1所示的振擺監(jiān)測系統波形圖發(fā)現,2號機組的動擺度值發(fā)生跳躍性突變,增幅值達到5倍左右,并持續(xù)1 h左右。1 h后,擺度恢復,穩(wěn)定在原來的2倍左右。
圖1 振擺監(jiān)測系統波形圖
振動擺度傳感器發(fā)生故障的可能性一般比較小,如發(fā)生故障一般需要進行更換;特別是振動傳感器,損壞后只能進行更換,擺度傳感器可進行調整,必要時需更換。大部分振擺傳感器故障為通訊線路的故障,如信號端子隨著長時間的運行發(fā)生松動,通訊電纜接頭松動等,從而引起傳感器輸出數據的跳變。
考慮到劉老澗水電站剛經過除險加固改造,振擺傳感器均進行了更換,運行時間短,發(fā)生故障可能性小,但也需進一步排查。
水導軸承的作用主要是承載機組旋轉帶來的徑向力和振擺值,約束機組軸線位置,保證軸心穩(wěn)定。水導軸承損壞會導致水導軸承間隙增大,從而引起機組在運行狀態(tài)時產生較大的擺動。
據了解,劉老澗水電站的水導軸承采用的是巖龍材質,且機組安裝完成至機組運行時間較短,水導軸承自身磨損損壞幾率較小。
進水流態(tài)差對水泵的安全運行及效率的影響很大,如下游水位過低、下游攔污柵上有過多水草等,都可能影響進水流態(tài),從而可能導致機組發(fā)生氣蝕振動,造成水力不平衡;機組在水力不平衡條件下運行時,擺度將明顯增大。通過調取近幾日水文資料發(fā)現,并沒有發(fā)現低水位、大量來草堆積攔污柵的情況,基本可以排除進水流態(tài)差對機組擺度異常增大影響的原因。
機組運行中,部分異物可能順著水流進入進水流道,通過攔污柵間隙進入機組內部,在水泵內部撞擊葉輪外殼、葉片等部位,引起機組振動、擺度的增大。對于可能的情況,需要通過水泵水下檢查進行處理。
劉老澗水電站機組屬于全調節(jié)立式軸流泵機組,總軸線由電機軸和水泵軸組成,機組的垂直同心、軸線擺度的參數是否合格,直接影響機組運行中擺度、振動等情況,需要機組解體檢查。
3.5.1 電機軸與鏡板不垂直
在1臺機組的同心和水平調整好之后,如果電機軸與鏡板不垂直,這時回轉軸線必將偏離理論旋轉中心,造成電機軸與泵軸擺度增大;而且隨著泵軸長度的增加,葉輪的擺度成比例增大。究其原因主要受多種因素影響:如推力頭與主軸配合不緊,推力頭底面與主軸不垂直,卡環(huán)厚薄不均,鏡板加工精度不夠,主軸本身存在彎曲,推力頭與鏡板間的絕緣墊不平整等。根據以往多次檢修經驗分析,主要還是推力頭與鏡板間的絕緣墊不平整所致,處理的方法是削磨絕緣墊。
3.5.2 泵軸與電機軸彎曲
泵軸與電機軸曲折是產生泵軸擺度的直接原因,而造成曲折的原因是聯軸器端面不平。組合面與軸線不垂直,使泵軸成一定角度折向某個方位,這時軸線在回轉時,軸線從曲折處開始,出現偏離中心的錐形擺度圓,產生了擺度;而且隨泵軸的增長葉輪擺度隨之增大,嚴重時會使葉輪碰殼;處理方法是在聯軸器端面間墊楔形銅墊片或刮削法蘭面。
10月22日劉老澗水電站管理所組織對2號機組開展檢修,對電機上導、下導到水導都進行了拆卸,發(fā)現無部件損壞及明顯磨損現象。
經過測量發(fā)現2號機組軸線中心為11絲,電機下導擺度16絲,上水導43絲,下水導13絲。在聯軸器電機法蘭和水泵軸法蘭架設百分表,上法蘭最大10絲,下法蘭最大19絲,為同一方位,分析得出電機軸和水泵軸軸線不在中心,詳見圖2。
圖2 軸不同心示意圖
另外,上水導軸瓦因為供水不足、水質差,技術供水水源直接取自河道,存在泥沙和各種浮游雜物,在供水管內淤積形成水垢和淤泥;造成冷卻器冷卻效果降低,導致軸瓦因溫度過高損壞,一定程度上加劇擺度變大,詳見圖3、圖4。
圖3 上水導損壞
圖4 技術供水管道泥垢淤積
綜上所述,基本可判斷劉老澗泵站機組運行期間擺度突然增大的原因為:電機軸和水泵軸軸線與其旋轉中心不重合,偏差較大,使機組在旋轉時不再那么平穩(wěn),各部位振動和噪音加?。煌瑫r因為技術供水水質差原因加速了水導軸瓦的磨損、燒壞,導致振擺監(jiān)測系統動擺度值發(fā)生跳躍性突變。
明確擺度異常增大的原因后,經過與廠家協調確定了維修方案:上水導軸瓦重新澆筑,定制專用工具推動下法蘭,使達到同一中心;再對大軸螺栓鉸制孔重新鉸制,對大軸螺栓重新加工。采用分開上下法蘭用方挫磨削水泵法蘭上止口,經過2次磨削止口,2個法蘭面擺度分別為8絲和12絲;后又通過進一步調試安裝確保各項數據優(yōu)秀,使聯軸器擺度在10絲以內,詳見圖5、圖6。
圖5 泵軸擺度測量
圖6 現場施工照片
目前,經過調整,擺度已在規(guī)范范圍內。為防止類似問題發(fā)生,待其他機組檢修時,應重點關注聯軸器部分是否有類似問題需處理。由于對機組運行擺度突然增大的原因分析準確,并采取相應措施及時處理,保證了機組的正常運行。