某抽水蓄能機(jī)組下導(dǎo)軸承蓋板固定螺栓脫落原因分析

盧 彬，李甲駿，昌杰朋，趙曉明，劉 肖

（河北張河灣蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050300）

張河灣抽水蓄能電站是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站，共安裝4臺(tái)立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)組，機(jī)組單機(jī)容量250 MW，總裝機(jī)容量為1 000 MW。以一回500 kV線(xiàn)路接入河北南部電網(wǎng)，承擔(dān)系統(tǒng)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相及事故備用等任務(wù)。我廠發(fā)電電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)廠家為日本富士，型號(hào)為GDH7057S－09。發(fā)電電動(dòng)機(jī)為立軸、半傘式、三相、50 Hz、空冷、可逆式、同步發(fā)電電動(dòng)機(jī)。發(fā)電電動(dòng)機(jī)有發(fā)電(G)、抽水(P)、發(fā)電調(diào)相(GC)、抽水調(diào)相(PC)、停機(jī)(SS)5種穩(wěn)定工況，另外還設(shè)有拖動(dòng)（BTB）、黑啟動(dòng)（BS）、線(xiàn)路充電（LC）等特殊工況。機(jī)組發(fā)電方向（發(fā)電、發(fā)電調(diào)相、線(xiàn)路充電工況）運(yùn)行時(shí)，機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，機(jī)組抽水方向(抽水、抽水調(diào)相工況)運(yùn)行時(shí)，旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針。

1 故障情況概述

2016年1月9日，某電站在機(jī)組定檢過(guò)程中對(duì)推力及下導(dǎo)上油盆蓋進(jìn)行檢修時(shí)，發(fā)現(xiàn)下導(dǎo)軸承的軸承蓋板固定螺栓(M16，8.8級(jí)）脫落10根，且集中于-Y方向，其中在內(nèi)油盆蓋上找到2根脫落螺栓，其余8根未發(fā)現(xiàn)，推測(cè)已落入推力內(nèi)油盆中。2根脫落螺栓的絲扣上，帶有從下導(dǎo)軸承蓋板支座上咬下的母材，其中1根達(dá)4圈之多，脫落螺栓及所帶出母材見(jiàn)圖1。

下導(dǎo)軸承蓋板為8塊均分，共32顆垂直把合螺栓，10根螺栓脫落，已近把合螺栓的三分之一，對(duì)下導(dǎo)瓦蓋上剩余22顆螺栓進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)脫落螺栓區(qū)域附近的螺栓均有不同程度的松動(dòng)現(xiàn)象，在此情況下，下導(dǎo)軸承存在極大的松動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)，若繼續(xù)運(yùn)行，可能會(huì)造成下導(dǎo)瓦的嚴(yán)重?fù)p壞，必須立即開(kāi)展檢修。

圖1 脫落螺栓及所帶出母材

在下導(dǎo)瓦蓋拆開(kāi)吊起后，運(yùn)維人員經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)：瓦蓋厚度32 mm、母材螺孔深度50 mm（其中絲扣部分約40 mm）；瓦蓋32顆螺栓中30顆螺栓長(zhǎng)度為50 mm，2顆為45 mm，2顆45 mm的螺栓均為脫落的螺栓；脫落的螺栓螺紋上均帶有絲扣，長(zhǎng)的絲扣約有10 mm，短的約5 mm，螺栓上的彈簧墊片約4.5 mm、平墊約2 mm，螺栓安裝部位和分布見(jiàn)圖2。

經(jīng)與調(diào)度溝通，將機(jī)組轉(zhuǎn)為D級(jí)檢修，對(duì)下導(dǎo)瓦蓋板進(jìn)行拆解檢查，蓋板拆除后對(duì)下導(dǎo)瓦及軸領(lǐng)進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常情況。同時(shí)打開(kāi)推力觀察孔，在推力下油盆處發(fā)現(xiàn)全部8顆螺栓及彈簧墊和墊圈。

圖2 （a） 下導(dǎo)軸承蓋板螺栓位置

圖2 （b） 下導(dǎo)軸承蓋板脫落螺栓分布

經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，發(fā)現(xiàn)脫落的10顆螺栓里，與母材把合部分絲扣長(zhǎng)的約為50-30-4.5-2=11.5 mm，短的約為45-30-4.5-2=6.5 mm；而國(guó)標(biāo)要求M16的螺栓把合長(zhǎng)度應(yīng)不低于16×1.25=20 mm。

查閱相關(guān)資料及與發(fā)電機(jī)廠家溝通后，確定原因?yàn)镸16螺栓把合長(zhǎng)度不合格，同時(shí)油盆內(nèi)不應(yīng)使用彈簧墊圈的鎖緊方式，最終決定將把合螺栓加長(zhǎng)10 mm至60 mm，并改變?cè)新菟ㄦi緊方式，取消原有平墊圈和彈簧墊鎖緊方式，改為采用1 mm厚單耳止動(dòng)墊片鎖緊，60 mm的螺栓把合長(zhǎng)度約為60-32-1=27 mm,滿(mǎn)足國(guó)標(biāo)要求，緊固力矩參考M16/8.8級(jí)螺栓把合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，確定為206 N·m。

2 故障原因分析

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組旋轉(zhuǎn)過(guò)程中大軸與下導(dǎo)瓦在接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生一股橫向的撞擊力，該力道傳送到擠壓楔子板處，由于楔子板是有角度的，導(dǎo)致形成向上的沖擊力，而瓦蓋是與楔子板固定的，這股沖擊力就帶動(dòng)瓦蓋向上沖擊，經(jīng)過(guò)機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，加上瓦蓋螺栓把合不夠，就導(dǎo)致了螺栓咬下絲扣脫落的現(xiàn)象，判斷先是2根45 mm的螺栓脫落，而后附近的50 mm的螺栓開(kāi)始脫落，脫落區(qū)域在逐步擴(kuò)大。

同時(shí)廠家通過(guò)核對(duì)施工圖紙，確認(rèn)下導(dǎo)瓦蓋螺栓處不應(yīng)使用彈簧墊片，應(yīng)只用一個(gè)鎖定片。

直接原因：M16螺栓把合長(zhǎng)度不合格，同時(shí)油盆內(nèi)不應(yīng)使用彈簧墊圈的鎖緊方式。

間接原因：機(jī)組在安裝期間，施工隊(duì)伍未嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及廠家圖紙資料施工，錯(cuò)誤的使用M16×50螺栓，甚至包含2顆M16×45，同時(shí)在油盆內(nèi)部使用彈簧墊作為螺栓防松動(dòng)措施，暴露了施工過(guò)程中工藝要求不嚴(yán)格，對(duì)螺栓的使用疏于管理。

3 防范措施

（1）結(jié)合機(jī)組定檢，通過(guò)內(nèi)窺鏡檢查下導(dǎo)軸承瓦蓋螺栓是否存在螺栓松動(dòng)及脫落現(xiàn)象，如有發(fā)現(xiàn)，及時(shí)申請(qǐng)檢修，針對(duì)性消缺。

（2）結(jié)合機(jī)組C級(jí)及以上檢修，對(duì)其他機(jī)組下導(dǎo)軸承瓦蓋螺栓進(jìn)行全面拆卸檢查，對(duì)螺栓把合長(zhǎng)度不滿(mǎn)足要求的和使用彈簧墊圈防松的螺栓進(jìn)行更換。

（3）對(duì)螺栓的使用做到舉一反三，檢查機(jī)組各個(gè)部位螺栓把合長(zhǎng)度，螺栓的使用做到嚴(yán)格管理，杜絕施工過(guò)程中的麻痹大意。

4 結(jié)束語(yǔ)

小螺栓引發(fā)大缺陷的案例屢見(jiàn)不鮮。機(jī)組重要部位固定螺栓的采購(gòu)、安裝或更換過(guò)程中，除了做好硬度測(cè)量、光譜檢驗(yàn)、理化試驗(yàn)、無(wú)損檢測(cè)外，還需在基建安裝階段、運(yùn)維檢修階段結(jié)合機(jī)組檢修復(fù)核螺栓尺寸和力矩，對(duì)螺栓的把合長(zhǎng)度做到嚴(yán)格管理，嚴(yán)格按照?qǐng)D紙及國(guó)家力矩標(biāo)準(zhǔn)施工，提高螺栓安裝工藝及監(jiān)督，杜絕因螺栓質(zhì)量或安裝不達(dá)標(biāo)引起的安全事故。同時(shí)在機(jī)組運(yùn)行階段，要做到精心維護(hù)，發(fā)現(xiàn)異常情況及時(shí)分析處理，保證設(shè)備的良好運(yùn)行狀態(tài)。