發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承冷卻水管連接器漏水原因分析

祁廣福，梁國(guó)玲

(青海黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司積石峽發(fā)電分公司，青海 海東 810801)

0 引言

水電站中的油、氣、水系統(tǒng)基本都使用金屬管道，其連接方式有：螺紋連接、焊接連接、法蘭連接、承插連接、溝槽連接、補(bǔ)償器連接、管道連接器連接等形式。與其他連接方式比較，管道連接器具有簡(jiǎn)單、可靠、安裝快速的特點(diǎn)，只需將管道連接器推到管子的端口并緊固即可；與法蘭連接比較，管道連接器重量減輕75 %、體積減少50 %、噪音降低60 %～80 %。同時(shí)，它還具有抗沖振、消噪聲、長(zhǎng)壽命使用、免維護(hù)、搶修方便等優(yōu)點(diǎn)。因此，在國(guó)內(nèi)外管道連接中，管道連接器被廣泛采用。

2013-07-29，某水電站運(yùn)行中的3號(hào)機(jī)組上導(dǎo)軸承冷卻水管道連接器發(fā)生漏水事件，導(dǎo)致機(jī)組事故停機(jī)。

1 事故簡(jiǎn)介

2013-07-29T20:51，調(diào)度令機(jī)組開(kāi)機(jī)；20:55，3號(hào)機(jī)組并網(wǎng)帶有功300 MW；20:57，3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)不完全縱差保護(hù)動(dòng)作、橫差保護(hù)動(dòng)作，發(fā)電機(jī)出口斷路器分閘、滅磁開(kāi)關(guān)分閘、機(jī)組事故回路動(dòng)作停機(jī)。

事故發(fā)生后，就地檢查發(fā)現(xiàn)3號(hào)機(jī)組發(fā)電機(jī)層有煙霧散出，發(fā)變組1，2號(hào)保護(hù)盤保護(hù)出口紅燈亮，發(fā)電機(jī)大蓋板有變形。風(fēng)洞內(nèi)檢查發(fā)現(xiàn)定子繞組的550，551，566號(hào)線棒上端部絕緣盒、并頭塊燒損，523～593號(hào)線棒過(guò)橋引線表面發(fā)黑；轉(zhuǎn)子上平面有積水，上導(dǎo)冷卻水管道連接器發(fā)生錯(cuò)位并漏水。

2 連接器錯(cuò)位漏水原因分析

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及分析，查明造成連接器錯(cuò)位、漏水有以下幾點(diǎn)原因。

2.1 管道安裝質(zhì)量存在缺陷

發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承冷卻水管道為不銹鋼無(wú)縫管，規(guī)格為Φ89×4.5 mm，采用管道連接器連接。根據(jù)廠家安裝資料，安裝該管道連接器時(shí)需注意的主要公差值包括：管子兩端允許的最大間距、軸線不對(duì)中連接偏差、兩管之間軸線角度偏斜、橢圓度和管外徑相差許可量等?，F(xiàn)場(chǎng)對(duì)上導(dǎo)冷卻水管進(jìn)行檢查測(cè)量，有以下2個(gè)指標(biāo)與安裝技術(shù)要求不符，且相差較大。

(1) 軸線不對(duì)中連接偏差超標(biāo)。按照捷英特限位管道連接器的安裝公差要求：該通徑管道兩管軸線不對(duì)中連接最大軸心偏移量≤3 mm?，F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量漏水的管道最大軸心偏移量接近10 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)最大偏差≤3 mm的要求。

(2) 管道管端間距超標(biāo)。按照廠家安裝技術(shù)要求：此通徑管道兩管之間允許的最大距離為10 mm，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際測(cè)量管端軸向間距為15 mm，超過(guò)技術(shù)要求5 mm。

對(duì)3號(hào)發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承相同部位另一根未漏水冷卻水管連接器管道偏差、間距進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其管道軸線不對(duì)中連接偏差小于3 mm，管道兩端軸向間距小于10 mm，管道安裝質(zhì)量滿足管道連接器生產(chǎn)廠家安裝技術(shù)要求。

2.2 管道存在振動(dòng)

2.2.1 機(jī)組振動(dòng)

水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)主要有機(jī)械振動(dòng)、水力振動(dòng)和電磁振動(dòng)，這是由設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修、運(yùn)行等多方面原因造成的，是水電站一個(gè)普遍存在的問(wèn)題。

由于機(jī)組振動(dòng)會(huì)造成各連接部件松動(dòng)，在各轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件間產(chǎn)生摩擦，所以管道連接器的把合螺栓和管卡固定螺栓也易松動(dòng)，從而導(dǎo)致管道連接器發(fā)生位移。

2.2.2 管流脈動(dòng)

管道中的水流在減壓閥減壓和支管分流后處于脈動(dòng)狀態(tài)。當(dāng)遇到彎管頭、異徑管、控制閥等管道元件時(shí)，脈動(dòng)的水流會(huì)產(chǎn)生隨時(shí)間變化的激振力。在這種激振力的作用下，管道和附屬設(shè)備產(chǎn)生振動(dòng)。管流脈動(dòng)引起管道長(zhǎng)期振動(dòng)，導(dǎo)致管道連接器松動(dòng)、位移。

2.2.3 湍流

管道內(nèi)流體流速過(guò)快呈不規(guī)則運(yùn)動(dòng)形成湍流，引起管道振動(dòng)。

2.2.4 管道固定吊架安裝位置不適

管道連接器設(shè)計(jì)軸向有抗拉能力，但需在連接器兩端就近管道安裝支架，電站管道連接器兩端也裝有支撐管卡，但均距離管道連接器較遠(yuǎn)。實(shí)際測(cè)量靠主軸端的管卡安裝位置距離管道連接器1.8 m，靠機(jī)坑里襯端的管卡安裝位置距離管道連接器4.7 m。

2.3 水錘的影響

在壓力冷卻水管道中，因閥門突然關(guān)閉或開(kāi)啟造成水流速度突變，引起壓強(qiáng)急劇升高或降低的交替變化，從而產(chǎn)生水錘。水錘產(chǎn)生的瞬時(shí)壓強(qiáng)可達(dá)管道中正常工作壓強(qiáng)的幾十倍，甚至數(shù)百倍。這種大幅度壓強(qiáng)波動(dòng)可導(dǎo)致管道系統(tǒng)強(qiáng)烈振動(dòng)，并可能破壞管道的閥門、接頭、管道連接器和壓力表等管件，對(duì)管道系統(tǒng)造成較大破壞。

此外，由于機(jī)組技術(shù)供水管路布置的影響，減壓閥與技術(shù)供水總閥之間的距離較短，導(dǎo)致供水總閥關(guān)閉后減壓閥后的水壓逐漸上升到與減壓閥前壓力一致，機(jī)組技術(shù)供水總閥開(kāi)啟時(shí)減壓閥后壓力高，對(duì)管道沖擊也較大(通水后減壓閥逐漸將壓力降至設(shè)定值)。

實(shí)際測(cè)量得知：機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)總閥關(guān)閉和開(kāi)啟時(shí)間約為20 s，總閥開(kāi)啟時(shí)在發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)能清楚聽(tīng)到水錘產(chǎn)生的碰撞聲，在通水瞬間造成上導(dǎo)冷卻水管道振動(dòng)較大。

綜合上述分析，得知導(dǎo)致上導(dǎo)軸承冷卻水管道連接器脫開(kāi)漏水的主要原因是：機(jī)組安裝時(shí)，管道裝配質(zhì)量存在缺陷，不符合管道連接器連接安裝工藝要求；由于管道處于振動(dòng)狀態(tài)，并不斷承受管道通水時(shí)的水錘沖擊，造成管道連接器松動(dòng)和位移，最終在機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)因管道內(nèi)水壓突變較大，導(dǎo)致管道連接器脫開(kāi)、漏水。

3 解決對(duì)策

鑒于發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承冷卻水管道連接器所處的位置在轉(zhuǎn)子上部，一旦發(fā)生漏水將嚴(yán)重危及機(jī)組安全運(yùn)行，故將原管道連接器連接方式改為法蘭連接，并采取防止法蘭把合螺栓松動(dòng)的措施。

4 建議

(1) 機(jī)組檢修后進(jìn)行通水試驗(yàn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)風(fēng)洞內(nèi)冷卻水管道振動(dòng)較大，需要采取措施以減小水錘影響。例如：對(duì)減壓閥進(jìn)行改造，使之不僅具有減壓功能，還具備開(kāi)啟、截止功能；開(kāi)停機(jī)時(shí)不再操作供水電動(dòng)總閥，改為操作減壓閥實(shí)現(xiàn)技術(shù)供水通斷及減壓。

(2) 拆除管道連接器進(jìn)行恢復(fù)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按廠家安裝技術(shù)工藝要求，確保管道連接器安裝質(zhì)量處于要求標(biāo)準(zhǔn)。

(3) 對(duì)發(fā)電機(jī)風(fēng)洞內(nèi)的冷卻水管道固定和支撐薄弱的部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固。

(4) 定期檢查管道連接器固定螺栓是否松動(dòng)；若松動(dòng)，則緊固。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，管道連接器作為一種廣泛使用的管道連接方式，技術(shù)本身不存在問(wèn)題，但若其處于發(fā)電機(jī)定子、轉(zhuǎn)子上部，一旦漏水將嚴(yán)重危及機(jī)組安全。鑒于法蘭連接的軸向抗拉能力強(qiáng)于管道連接器，在設(shè)計(jì)、制造上導(dǎo)軸承冷卻水管道時(shí)應(yīng)采用法蘭連接方式，同時(shí)對(duì)管道支撐進(jìn)行優(yōu)化，確保管道運(yùn)行安全可靠。