高坝洲水电站机组上导摆度大及上导瓦松动原因分析和处理

1、高坝洲电厂机组上导轴承故障原因分析和处理严力摘要：高坝洲电厂机组上导轴承由于多方面原因，一直存在摆度大，上导瓦间隙调整不均，上导瓦容易松动等情况，本文主要分析了产生的原因并提出了下一步的解决方案：关键词： 上导 顶头 支持座 支撑方式 固定楔槽 压紧螺栓 1、设备基本情况介绍：高坝洲电厂是清江流域三级电站的最下游一级电站，属于低水头轴流转浆式电厂，现装机容量3×9MW,最大工作水头40米，最小工作水头22.1米，水轮发电机型号为SF8448/9500，额定转速125转/min。由四川德阳东方电机厂制造，结构采用具有一个上导轴承的的半伞式结构，上导轴承位于上机架的中心体内，共安装有8块

2、钨金瓦，采用楔子板支撑调整方式，楔子板斜度比为1：20，设计瓦的间隙为双边0.30mm。结构如下图所示：2、故障现象与分析：高坝洲3台机组自2000年全部接机以来，在运行期间，多次发生上导轴承摆度升高，受油器浮动瓦磨损严重，上机架振动过大，上导瓦在调整到单边0.15mm时瓦温升高等现象，主要故障现象如下：1） 2002年，1#机组在运行时，发现上导摆度大，受油器内外操作油管进油浮动瓦法兰处有大量金属和铜粉沫：经过停机分解检查上导轴承和受油器，发现5块上导瓦的楔子板压板变形，楔子板的径向固定螺栓松动，3#瓦的配套楔子板固定楔槽由于受力较大已脱落。所有8块上导瓦均存在压紧螺栓松动现象。受油器内外操

3、作油管浮动瓦限位销被剪断，浮动瓦不能起作用，使受油器内外操作油管与受油器固定支架法兰产生摩擦，从而产生大量的金属和铜粉沫，致使油管磨损严重。综合以上现象发现，造成事故的主要原因是机组在运行过程中，上导瓦由于楔子板压板变形，瓦的间隙逐渐变大导致了上导摆度偏大。从而使机组的轴位偏移过大，发生受油器浮动环的限位销剪断，致使内外操作油管与受油器固定支架产生摩擦。2） 2006年6月20日，2#机组在运行时发现上机架振动大，上导瓦瓦温存在偏差、上导瓦膨胀型温度计（在2#和4#瓦上）显示，上导瓦温最高和最低瓦温偏差1012度。6月22日，2#机运行过程中，滑环和碳刷架汇流排距离太近，造成Y和X之间的碳刷架

4、与滑环摩擦打火。同时中控室值班人员发现，上导瓦RTD显示，机组在运行过程中，靠近Y与X方向的3块瓦，在机组开停机时瓦温没有变化，而靠近Y方向的瓦温一直较高。6月27日晚，对上导进行了开盖检查，检查发现，Y方向三块上导瓦中，4#瓦楔子板径向调整螺栓断裂1个，松动1个。3#瓦2个螺栓松动，7#瓦2个螺栓断裂。检查所有瓦的楔子板调整螺栓并无松动。重新更换径向固定螺栓后。机组开机，在空载运行情况下，检查发现机组各项数据显示比较稳定。但在带负荷后，机组上导、推力摆度大，瓦温变化无明显改善。7月7日，2#机组在运行时，发现受油器疏齿盆处有打火现象，申请临时检修。检查发现大轴轴位向方向偏移近2毫米，7月8日

5、将大轴从方向向方向位移了2毫米并对上导瓦间隙按0.30mm进行了调整。并网运行后，上导瓦温依然没有明显改善，推力和上导轴承摆度仍然偏大，而水导轴承摆度比以往增大。2006年8月18日，对机组进行了C类检修，检修时发现：1）、靠y方向有4块上导瓦的支持座发生破裂，支持座后面的槽行绝缘也发生了破裂和损坏。而破裂的位置主要是表现在支持座与顶头相接触的地方。如下图所示：2）、发生问题的4块上导瓦，主要位置是靠Y与X方向。3）、检查发现4（顶头）与3（支持座）处装有大量的紫铜垫片，经过查找资料分析，它的主要作用是为了垫高顶头，缩短楔子板与顶头距离。4）、检查这4块上导瓦面，瓦面上的巴氏合金，由于磨损大多

6、已形成烧结合金。已无法对其进行调花处理。 经过盘车，对机组中心进行了重新调整。更换了破损槽行绝缘和修补了碰撞严重的瓦托接触面。并在重新加工4块破损支持座的同时，对原有尺寸进行了修改，缩短了顶头与支持座的距离1.52mm。取消了原有安装加设的绝缘铜垫， 机组安装完毕后，开机带负荷表明，各部轴承、瓦温、油温稳定，摆度与以往相比有明显改善，机组运行正常。 结合此次2号机组出现的缺陷情况和检修中发现的问题，以及运行和机械巡检中的各项数据，表明：造成机组出现这种情况的主要原因是由于机组出现瞬时振动过大，造成3#、4#、7#瓦的径向螺栓断裂和松动，在机组运行时，逐步形成上导轴承轴位向y和x偏移，从而造成y

7、方向3、4、5、7号上导瓦受力较大，产生支持座、槽行绝缘及顶头发生受力过大破损。最终使整个机组轴线发生变化，形成这次上导瓦磨损事件的发生。3） 2007年10月5日，2#机并网带负荷运行后，推力y方向摆度大，上导y方向摆度报警，上机架振动较大。2#机组经过10月份的检修发现，推力、水导正常，上导y方向5#、6#、1#导瓦楔子板径向固定螺栓断裂，+x方向3#瓦楔子板断裂，3#瓦顶头与固定楔槽接触面也存在撞击断裂线，约20mm。通过分析，3#瓦楔子板断裂是造成此次上导摆度大、振动大的主要原因，经过更换楔子板和上导断裂径向螺栓，对固定楔槽进行补焊打磨处理及盘车对上导轴位进行处理。上导调整间隙X36、

8、Y35道。2#机组开机后，上导摆度运行正常，瓦温油温正常，机组投入正常运行。 3、对上导轴承结构的改造处理：针对3台机组经常出现的上述情况，及检修和维护中发现的问题，经过仔细研究，结果表明，造成上导摆度大及上导瓦松动的主要原因，可以归纳为以下几下几个因素：1） 上导瓦楔子板的压板和调整螺栓强度不够：厂家原设计的楔子板压板厚度为8mm，调整螺栓为M10mm，楔子板强度不够，在机组运行时容易造成压板变形，在压板变形的同时，将受到的冲击力转移到压板调整螺栓上，从而使压板调整螺栓发生松动或断裂现象。当螺栓发生松动或断裂后，使楔子板上移，上导瓦间隙变大，最终导致上导瓦受力不均、摆度、振动变大形成上导烧瓦

9、。改进的主要方法是在检修时，增强压板和调整螺栓的强度。将压板厚度由原来的8mm改为20mm，调整螺栓由原来的M10mm改为M20mm。自改造加厚后，机组在维护和检修中，压板和调整在未发生变形和松动。2） 固定楔子板与上机架焊接不牢：在设计安装时，固定楔槽是与上机架相焊接的，为防止固定楔子板在焊接时发生变形，只将角焊缝要求为4。在机组运行过程中，由于楔子板在与上机架中心体上的固定楔槽总是存在间隙，在斜向力和交变应力的作用下原来的4大部分焊缝产生裂缝，导致上导摆度出现异常。因此，为了加固楔槽的强度，需对焊缝进行补焊。现已在机组检修中，对3台机组的原焊缝进行打磨，将角焊缝增加至6。补焊后，机组在运行

10、过程中，在未出现固定楔槽脱焊现象。3） 楔子板间隙调整量小，瓦上的顶头无法对瓦进行周向限位：上导楔子板中间原来设计的调节孔只有40mm的余量。按楔子板的楔比1：20来计算，其调节量只有1mm的调节量。而对于上导轴承调整来说，不可能保证每块瓦的调整量均为1mm，可能X方向大，而y方向小或者相反。因此楔子板的1mm的调节量远远不能满足要求，在检修中，我们发现，机组安装初期，施工人员在瓦顶头的底部和楔子板背面均加设了紫铜垫，以便于补偿调整量，最多达7层垫片。由于这两个部位加垫太多，出现了类似弹簧的结构作用，机组运行中会随着负荷的变化，导致每块瓦的间隙发生变化。随着紫铜垫的破损，楔子板的径向螺栓断裂松

11、动，上导瓦的间隙彻底变大，摆度，机组振动增大。另外在楔子板背面加垫，也容易导致顶头对瓦的周向限位失去作用，使瓦在周向产生移动，出现瓦的偏磨，和对固定楔槽限位边进行撞击。 由于楔子板调节量已基本限制，无法进行改动。为此，我们将楔子板的背面紫铜垫片全部取消，以保证楔子板和固定楔槽紧密相贴。为了补偿调整量，我们在顶头底部加设了一层厚1mm的垫片，对于盘车后局部调整量仍然偏大的上导瓦，我们在瓦的绝缘槽型板后加设了一块环氧板，缩短调整量程。为了保证安全，对少数周向限位尺寸仍然偏小的固定楔子板，我们也在固定顶头处焊接了凸台以增加限位作用。通过这样处理后，即消除了由于加垫太多引起的弹簧作用，也保证了瓦的周向

12、限位问题。自2006年改造后，机组在运行过程中，未发生楔子板断裂现象，检修中对上导瓦间隙复查，间隙值变化量也较小。4） 上导瓦的支持座强度不够：上导瓦支持座上安装顶头的沉孔太深，加上支持座强度要求太高，在机组运行过程中，受交变应力的和大负荷运行的情况下，支持座受力较大，容易使支持座破裂，2006年事故中就曾出现4块支持座破裂现象。为此，我们对支持座进行了重新加工，将沉孔深度减少2mm，从而保证支持座的强度，并将沉孔底部的直角改为圆角，以防止应力集中。2006年改造后，未发生支持座破裂现象。5） 上导瓦间隙调整不够精确，调整间隙后无法进行单块瓦进行检测： 我厂上导轴承间隙调整，都是在盘车调整上导

13、瓦架间隙后，对瓦进行间隙调整。调整的方法是：将上导瓦抱紧上导轴颈，插入楔子板并打紧，然后按楔比1：20，即提升楔子板1mm，等于瓦间隙0.05mm来计算瓦的间隙。最后锁紧调整压板和径向固定螺栓。这种调整方法，存在的主要问题：一是楔子板在调整好提升高度与固定楔槽紧密相贴后。由于楔子板径向固定螺栓偏上于楔子板的上部，在紧固径向固定螺栓后，楔子板会和固定楔槽间会存在一定的间隙。而当瓦放入后，顶头和楔子板是相接触的，无法用塞尺进行测量。只有通过顶大轴计算出上导瓦的双边间隙。二是楔子板本身存在加工斜度、精度误差，当多次敲击打紧楔子板后，楔子板测量面也就存在表面精度误差，因此瓦的间隙误差也就相对存在。最终会导致上导瓦的间隙调整不均匀，出现瓦的受力不均等现象。而且这种误差随着检修人员的经验不同而差异较大。这种情况我们也与厂家进行协商，建议厂家重新对上导轴承结构进行改进。但是高坝洲机组上导瓦架和上机架是一个整体，如果进行改造，牵涉到的设备较广。现此情况依然无法改善。、结论 通过多次检修，按上述故障分析处理方法，对高坝洲3台机组上导结构进行了局部改造处理后，3台机组运行情况得到了良好改善，上导和水导摆度相应得到了控制，摆度均在0.50-0.60mm左右，各部油温和瓦温均正常。已控制在满足机组正常运行要求范围内。但是上导瓦间隙调整，依然不