青居水電站1F機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承磨損處理

周 亞，周 鑫，羅云江，袁文進(jìn)，鄒 浩，金 壯

（四川華能嘉陵江水電有限責(zé)任公司，四川 南充637000）

1 引言

青居水電站位于四川省南充市高坪區(qū)青居鎮(zhèn)，是嘉陵江干流蒼溪縣至合川縣河段十三級(jí)開(kāi)發(fā)中的第十個(gè)梯級(jí)電站。電站主要經(jīng)營(yíng)水力發(fā)電，兼顧航運(yùn)。該電站為貫流式機(jī)組，裝機(jī)容量為4×34MW，青居水電站1F機(jī)組主要參數(shù)見(jiàn)下頁(yè)表1，機(jī)組結(jié)構(gòu)及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖詳見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 青居水電站水輪發(fā)電機(jī)組剖面圖

圖2 青居水電站導(dǎo)水機(jī)構(gòu)圖

青居水電站水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)為錐形導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，錐頂角為60°。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)由內(nèi)配水環(huán)、外配水環(huán)、16只活動(dòng)導(dǎo)葉、控制環(huán)及操作機(jī)構(gòu)等組成。導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)采用彎曲連桿的形式，控制環(huán)分兩瓣采用螺栓連接。軸承槽由控制環(huán)、壓環(huán)、外配水環(huán)組合而成，軸承槽截面為菱形，與鋼球接觸為點(diǎn)接觸，控制環(huán)、壓環(huán)、外配水環(huán)材料為Q235A，鋼球材料為GGr15軸承鋼，直徑50.8mm。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承局部詳見(jiàn)圖3。

圖3 青居水電站導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承局部圖

表1 青居水電站水輪發(fā)電機(jī)主要參數(shù)

2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承磨損情況

在2017年1F機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承的上部壓環(huán)和控制環(huán)與外配水環(huán)之間無(wú)間隙（設(shè)計(jì)間隙為2mm），且有磨損；下部壓環(huán)和控制環(huán)與外配水環(huán)之間間隙4mm左右（設(shè)計(jì)間隙為2mm），詳見(jiàn)表2。

通過(guò)泄壓閥動(dòng)作實(shí)驗(yàn)，泄壓閥動(dòng)作時(shí)間在29s左右（初始安裝原始數(shù)據(jù)為24s）。

表2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承修復(fù)前實(shí)測(cè)間隙檢查 單位：mm

拆除壓環(huán)后，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承下半部分鋼球成S形排列，鋼球及軸承槽銹蝕嚴(yán)重，另外導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承的軸承槽上部有5～6個(gè)鋼球間隙（設(shè)計(jì)間隙為2～3個(gè)鋼球間隙），且軸承槽有明顯磨痕；控制環(huán)、壓環(huán)、外配水環(huán)與鋼球接觸部位（圖3中A、B、C、D處）因磨損產(chǎn)生一條寬為15mm，深為1.5mm的弧形槽，詳見(jiàn)圖4。

圖4 滾動(dòng)軸承上半部分磨損情況圖

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承磨損的原因主要有：

（1）機(jī)組經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承槽的間隙變大及潤(rùn)滑狀況不佳；

（2）在重錘、控制環(huán)和壓環(huán)等部件的重力作用下，軸承槽與鋼球的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦，造成軸承槽上下部磨損程度不一致；

（3）在導(dǎo)葉接力器操作力的作用下可能產(chǎn)生附加的徑向力或軸向力，加劇鋼球與軸承槽的磨損；

（4）鋼球材料為GCr15軸承鋼，控制環(huán)、壓環(huán)及外配水環(huán)材料為Q235A。鋼球與軸承槽為點(diǎn)接觸，壓強(qiáng)較大，鋼球硬度大于控制環(huán)、壓環(huán)及外配水環(huán)。

3 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承磨損處理方案

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承磨損處理方案：

（1）由于重新制作與拆裝外配水環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)外配水環(huán)在不拆卸狀態(tài)下進(jìn)行修復(fù)。

（2）由于重新制作控制環(huán)時(shí)間較長(zhǎng)，但控制環(huán)極易拆卸與回裝，為了保證修復(fù)質(zhì)量，對(duì)控制環(huán)進(jìn)行返廠修復(fù)。

（3）由于壓環(huán)彈道槽磨損嚴(yán)重，如大面積進(jìn)行補(bǔ)焊，焊接變形難于控制，故需重新制作。

（4）鋼球全部更換：材質(zhì)為GGr15軸承鋼（GB308公差等級(jí)G100級(jí)），尺寸直徑為50.8mm，鍍鉻。

3.1 外配水環(huán)及控制環(huán)修復(fù)

采用焊接方法對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的外配水環(huán)及控制環(huán)進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)過(guò)程中采取控制措施，使得焊接修復(fù)的外配水環(huán)及控制環(huán)符合設(shè)計(jì)要求。

外配水環(huán)修復(fù)過(guò)程：①首先將需要補(bǔ)焊處理的外配水環(huán)磨損區(qū)域表面的油污等清理干凈；②其次用火焰槍加熱去除外配水環(huán)油脂及水分；③焊接前按整圓周300mm長(zhǎng)劃等分線；④對(duì)外配水環(huán)磨損部位進(jìn)行修磨，修磨深度為0.3mm；⑤對(duì)打磨處進(jìn)行焊接；⑥對(duì)補(bǔ)焊區(qū)域進(jìn)行修磨；⑦最后進(jìn)行PT探傷檢查。

控制環(huán)修復(fù)過(guò)程：①首先將需要補(bǔ)焊處理的控制環(huán)磨損區(qū)域表面的油污等清理干凈；②其次用火焰槍加熱去除控制環(huán)油脂及水分；③焊接前按整圓周300mm長(zhǎng)劃等分線；④再者對(duì)控制環(huán)磨損部位進(jìn)行修磨，修磨深度為0.3mm；⑤對(duì)打磨處進(jìn)行焊接（補(bǔ)焊厚度留有加工余量）；⑥按照原圖紙尺寸對(duì)控制環(huán)進(jìn)行車(chē)削加工；⑦最后進(jìn)行PT探傷檢查。

外配水環(huán)及控制環(huán)焊接修復(fù)工藝要求：1）消除焊接殘余應(yīng)力：兩名焊工同時(shí)兩邊對(duì)稱焊接，且同方向移動(dòng)；每段焊縫只允許焊接一次，且長(zhǎng)度不超過(guò)300mm；焊接后必須迅速用鐵錘對(duì)焊縫進(jìn)行打擊以消除焊接殘余應(yīng)力。2）焊后修磨：邊打磨邊用樣板檢查，使其圓滑過(guò)渡，焊后尺寸及粗糙度等盡量達(dá)到相關(guān)圖紙要求。3）車(chē)削加工：對(duì)控制環(huán)按照原圖紙尺寸進(jìn)行車(chē)削加工，加工后尺寸及粗糙度等應(yīng)達(dá)到相關(guān)圖紙要求。4） PT探傷：對(duì)補(bǔ)焊焊縫及熱影響區(qū)域進(jìn)行PT探傷，要求無(wú)裂紋。

3.2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承回裝后檢查

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)回裝后對(duì)機(jī)組的壓環(huán)與外配水環(huán)間隙及控制環(huán)與外配水環(huán)間隙進(jìn)行檢查，檢查數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表3，均符合設(shè)計(jì)要求。

通過(guò)泄壓閥動(dòng)作試驗(yàn)，泄壓閥動(dòng)作時(shí)間在25s。由于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承磨損修復(fù)后，減少了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)動(dòng)作摩擦力，縮短了泄壓閥動(dòng)作時(shí)間，實(shí)測(cè)值與初始安裝原始數(shù)據(jù)差1s左右，滿足設(shè)計(jì)要求。

表3 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承間隙檢查 單位：mm

3.3 機(jī)組投運(yùn)后的跟蹤監(jiān)測(cè)

經(jīng)過(guò)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承回裝后間隙檢查以及泄壓閥動(dòng)作時(shí)間，均達(dá)到機(jī)組的設(shè)計(jì)要求。然后先讓機(jī)組空轉(zhuǎn)1h，監(jiān)測(cè)機(jī)組各部位的振動(dòng)與擺度，各項(xiàng)指標(biāo)均合格后，進(jìn)行機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行，監(jiān)測(cè)機(jī)組的運(yùn)行指標(biāo)，運(yùn)行指標(biāo)均符合機(jī)組運(yùn)行的相關(guān)要求，確定1F機(jī)組能安全可靠地長(zhǎng)期運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

青居水電站1F機(jī)組經(jīng)過(guò)近1年的運(yùn)行檢驗(yàn)，機(jī)組的振動(dòng)與擺度均在運(yùn)行規(guī)定的范圍內(nèi)，機(jī)組開(kāi)停機(jī)及平時(shí)負(fù)荷調(diào)整均正常。

表4 1F機(jī)組水導(dǎo)軸承處理前后振擺記錄表 單位：um

由此可見(jiàn)青居水電站1F機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承磨損處理過(guò)程是成功的，不僅提高了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)控制環(huán)及外配水環(huán)的重復(fù)利用率，節(jié)約更換外配水環(huán)及控制環(huán)的資金，大大縮減因?qū)畽C(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承磨損導(dǎo)致無(wú)法運(yùn)行的時(shí)間，增加了機(jī)組的效益。因此，此次對(duì)青居水電站1F機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)滾動(dòng)軸承的處理流程和方法，可對(duì)其他貫流式水電站出現(xiàn)類(lèi)似問(wèn)題提供一定參考。