蔡家洲水电站水导轴承甩油环故障浅析

摘要：介绍了蔡家洲水电站水导轴承甩油环的一个重大故障，分析了其故障原因，并提出了相應的处理措施，以免类似故障的再次发生。

关键词：水导轴承;甩油环;定位销孔

0 引言

水导轴承是水轮发电机组的重要部件，有如下作用：（1）将承受的径向力和转动部分的质量通过轴承座传递到管型座上;（2）限制水轮机转动部分的径向位移，保证机组大轴中心、机组中心、旋转中心“三心”同心。甩油环为水导轴承的重要部件，它的正常运行对保证水导轴承及水轮发电机组的稳定运行十分重要。

1 问题的提出

蔡家洲水电站位于长沙市望城区湘江干流蔡家洲。电站厂房内装设6台单机容量为9.5 MW的灯泡贯流式水轮发电机组，总装机容量57 MW，设计年平均发电量2.315亿kWh，年利用小时4 061 h。机组安装高程13.8 m，最高水头6.8 m，最小水头1.5 m，设计水头3.7 m，转轮直径6.75 m，额定转速68.2 r/min。

2020年5月，电站工作人员在巡视电站3#机组灯泡体时，发现水导轴承处有金属刮擦声音，声音随着机组大轴的转动周期性出现，并且水导轴承盖处有透平油甩出。机组在线监测装置记录的水导轴承处振动摆动值如表1所示。

将测量的实际值与机组整定值进行比较，发现水导轴承振动摆动值是正常的，但出现金属的刮擦声音是不正常的。仔细观察声音来源，发现其是从水导轴承盖处传出来的，水导轴承盖的内部可能有重大安全隐患。为保障机组安全，电站工作人员决定停机进行检查。3#机组停机后，电站工作人员拆开水导轴承盖检查，确实发现了异常情况。大轴甩油环把合螺栓已掉了一个，掉螺栓的一侧两瓣甩油环已经分离，两瓣甩油环相距约15 cm，继续拆下甩油环，发现不少零部件都有刮伤或损坏现象，统计损坏的零部件如下：（1）挡油板已变形（图1），挡油板压紧螺栓已损坏;（2）甩油环把合螺栓脱落一个，甩油环已松脱;（3）甩油环轻微变形;（4）主轴销钉孔变形（图2）;（5）甩油环销钉孔变形（图3）。

2 事故原因分析

图4为水导轴承上半部分图纸，图纸左边为上游侧，右边为下游侧。甩油环安装在水导轴承瓦的下游侧。在机组旋转过程中，润滑水导轴承的润滑油会从水导轴承瓦与大轴之间的间隙甩出来，其中上游侧甩出的油进入大轴保护罩，经大轴保护罩下面的排油管，流回轴承油箱;下游侧甩出的润滑油经甩油环、挡油板的共同作用，无法从轴承盖与大轴之间的间隙甩出，从而使聚集的油液从水导轴承下的排油管流入轴承油箱，这就是甩油环的作用。甩油环分为两瓣，安装在水导轴承的下游侧。甩油环两瓣用高强度螺栓把合，紧紧地贴紧主轴，在甩油环与主轴接触面上涂了一整圈厌氧型密封胶，以隔绝机组油通过。

甩油环两瓣分离，电站工作人员分析其主要原因为分瓣面螺栓没有拧紧或防松不足。螺栓先松开一点，甩油环窜动空间就会加大一点，运行时甩油环的振动就会加大一点，经过长期作用，螺栓松开量越来越大，最终螺栓会完全松开，甩油环一边分离。整个过程中，甩油环与主轴的定位销承受着长期的交变应力，且定位销为不锈钢，材质较硬，使得主轴和甩油环销孔变成椭圆形。甩油环边上有一圈光亮带，该处原来应为红色油漆面，推测甩油环分离过程中与轴承盖上部挡油板发生刮擦，这也加剧了销孔的损坏。电站工作人员巡视时听到的声音就是甩油环与挡油板不断刮擦而发出的声音，并且甩油环松脱后，主轴与水导轴瓦下游侧甩出的油液没有了甩油环的导向，会流向轴承盖与大轴的间隙，所以电站工作人员巡视时能看到轴承盖与大轴间隙处有油液甩出来。如果放任这种情况继续发展，甩油环分离一侧的间隙可能会越来越大，甩油环可能会从刮擦挡油板，发展到撞击挡油板或者轴承盖，甚至甩油环另一个连接螺栓也会松脱，导致甩油环完全脱落。试想一下，如果主轴带着不受控制的甩油环在水导轴承瓦和水导轴承盖之间的空腔内转动，主轴、水导轴承等必然会遭到严重损坏，甚至造成严重的设备事故。

3 处理措施

目前甩油环的定位销孔与主轴的定位销孔均有不同程度的变形，如果继续使用，甩油环振动会比较大，分瓣面螺栓容易松动，还有可能再次与主轴脱离。因此，原有的定位销孔已不能使用，须在主轴与甩油环上重新钻铰定位销孔。

主轴定位销孔尺寸：直径12.5 mm，深度15 mm;甩油环定位孔尺寸：?12H70 +0.018，深度15 mm;圆柱销尺寸：?12×26 mm（GB/T 119.2），圆柱销与两个定位孔均为间隙配合。

为保证钻孔的质量，将主轴与甩油环返回厂家，重新钻孔，能够保证甩油环的定位销孔与主轴的定位销孔同心，以便于定位销的安装，这是最好的选择。不过，将重量约为25 t的主轴返厂，并且还要拆卸转轮、转子、定子等部件，相当于进行一次扩大性检修，只为了钻铰一个直径为12.5 mm、深度为15 mm的孔，这显得有点“小题大做”。经过综合比较，电站决定在现场钻铰定位销孔。

对该缺陷的具体处理情况如下：（1）对甩油环刮擦处的毛刺进行打磨、修整;（2）根据图纸要求，甩油环与挡油板的间隙为1.5～2.5 mm，由于挡油板已严重变形，不能继续使用，须加工制造新的挡油板;（3）在主轴上施工且避开原来定位销孔位置，重新钻铰定位销孔;（4）在甩油环的另一瓣上重新钻铰定位销孔;（5）按照图纸要求回装。

处理过程中要注意以下几个工艺控制点：（1）甩油环上的孔与大轴上的孔要保持径向同心，以便于销子安装;（2）两瓣甩油环把合螺栓要涂螺纹锁固定胶，以防松脱;（3）甩油环把紧后要用0.05 mm塞尺测量甩油环与大轴的间隙，以保证甩油环已把紧并且与大轴间没有间隙;（4）拆卸前要测量轴承盖与大轴的间隙，回装后要进行复测;（5）轴承盖合缝面、甩油环合缝面、甩油环与主轴贴合面均须涂密封胶，以保证密封性能。

电站工作人员按照上述要求对甩油环进行回装后，启动机组进行检查，无异常声响，也无漏油现象。后面机组开机运行了几个月，电站工作人员经常去进行检查，运行稳定，证明彻底消除了该重大缺陷。

4 结语

该电站由于甩油环的一个螺栓没有拧紧，差点酿成一起重大设备事故，为防患于未然，电站工作人员又对别的机组水导轴承处进行了检查，暂未发现明显异常。由于该电站机组投运时间不长，还未进行机组检修，在以后的机组定期检修工作中，很有必要将水导轴承盖打开，检查甩油环的运行情况，以避免类似事件发生。

[参考文献]

[1] 五凌电力有限公司.灯泡贯流式水轮发电机组运行与检修[M].北京：中国电力出版社，2018.

收稿日期：2021-02-22

作者简介：余丰（1984—），男，湖南长沙人，工程师，从事水轮发电机组机械设备维护工作。