劉老澗水電站機組擺度異常增大原因分析及處理

崔曉遠，徐立建，陳 勇

(江蘇省駱運水利工程管理處，江蘇？宿遷？223800)

1 工程概況

劉老澗水電站位于江蘇省宿遷市宿豫區(qū)仰化鎮(zhèn)境內的中運河上，是淮水北調的第二梯級站，南水北調東線第五梯級站之一，具有調水、擋洪、發(fā)電等多種功能；自1996年建成以來，累計抽水約117.62億m3，發(fā)電約4 300萬kW·h，保證了蘇北地區(qū)農田灌溉、工業(yè)及通航用水。該泵站經過20多年的運行，于2015年經安全鑒定為三類泵站。

2019年1月，江蘇省水利廳批復8 937萬元省級資金對該泵站進行加固改造，工程于2019年8月開工建設；改造后設計流量為150 m3/s，總裝機容量為8 800 kW。

通過本次加固改造，解決了水泵氣蝕嚴重，主電機定子鐵心、矽鋼片銹蝕變形，混凝土構件碳化等問題，提高了泵站運行效率，消除了工程安全隱患。

2 故障情況介紹

2021年5月，劉老澗水電站機組運行期間，突然發(fā)現(xiàn)動擺度增大、振動劇烈的情況，調取如圖1所示的振擺監(jiān)測系統(tǒng)波形圖發(fā)現(xiàn)，2號機組的動擺度值發(fā)生跳躍性突變，增幅值達到5倍左右，并持續(xù)1 h左右。1 h后，擺度恢復，穩(wěn)定在原來的2倍左右。

圖1 振擺監(jiān)測系統(tǒng)波形圖

3 問題分析

3.1 振擺采集傳感器故障

振動擺度傳感器發(fā)生故障的可能性一般比較小，如發(fā)生故障一般需要進行更換；特別是振動傳感器，損壞后只能進行更換，擺度傳感器可進行調整，必要時需更換。大部分振擺傳感器故障為通訊線路的故障，如信號端子隨著長時間的運行發(fā)生松動，通訊電纜接頭松動等，從而引起傳感器輸出數(shù)據(jù)的跳變。

考慮到劉老澗水電站剛經過除險加固改造，振擺傳感器均進行了更換，運行時間短，發(fā)生故障可能性小，但也需進一步排查。

3.2 水導軸承問題

水導軸承的作用主要是承載機組旋轉帶來的徑向力和振擺值，約束機組軸線位置，保證軸心穩(wěn)定。水導軸承損壞會導致水導軸承間隙增大，從而引起機組在運行狀態(tài)時產生較大的擺動。

據(jù)了解，劉老澗水電站的水導軸承采用的是巖龍材質，且機組安裝完成至機組運行時間較短，水導軸承自身磨損損壞幾率較小。

3.3 進水流態(tài)問題

進水流態(tài)差對水泵的安全運行及效率的影響很大，如下游水位過低、下游攔污柵上有過多水草等，都可能影響進水流態(tài)，從而可能導致機組發(fā)生氣蝕振動，造成水力不平衡；機組在水力不平衡條件下運行時，擺度將明顯增大。通過調取近幾日水文資料發(fā)現(xiàn)，并沒有發(fā)現(xiàn)低水位、大量來草堆積攔污柵的情況，基本可以排除進水流態(tài)差對機組擺度異常增大影響的原因。

3.4 葉輪室內部有異物

機組運行中，部分異物可能順著水流進入進水流道，通過攔污柵間隙進入機組內部，在水泵內部撞擊葉輪外殼、葉片等部位，引起機組振動、擺度的增大。對于可能的情況，需要通過水泵水下檢查進行處理。

3.5 機組安裝同心度、擺度不合格

劉老澗水電站機組屬于全調節(jié)立式軸流泵機組，總軸線由電機軸和水泵軸組成，機組的垂直同心、軸線擺度的參數(shù)是否合格，直接影響機組運行中擺度、振動等情況，需要機組解體檢查。

3.5.1 電機軸與鏡板不垂直

在1臺機組的同心和水平調整好之后，如果電機軸與鏡板不垂直，這時回轉軸線必將偏離理論旋轉中心，造成電機軸與泵軸擺度增大；而且隨著泵軸長度的增加，葉輪的擺度成比例增大。究其原因主要受多種因素影響：如推力頭與主軸配合不緊，推力頭底面與主軸不垂直，卡環(huán)厚薄不均，鏡板加工精度不夠，主軸本身存在彎曲，推力頭與鏡板間的絕緣墊不平整等。根據(jù)以往多次檢修經驗分析，主要還是推力頭與鏡板間的絕緣墊不平整所致，處理的方法是削磨絕緣墊。

3.5.2 泵軸與電機軸彎曲

泵軸與電機軸曲折是產生泵軸擺度的直接原因，而造成曲折的原因是聯(lián)軸器端面不平。組合面與軸線不垂直，使泵軸成一定角度折向某個方位，這時軸線在回轉時，軸線從曲折處開始，出現(xiàn)偏離中心的錐形擺度圓，產生了擺度；而且隨泵軸的增長葉輪擺度隨之增大，嚴重時會使葉輪碰殼；處理方法是在聯(lián)軸器端面間墊楔形銅墊片或刮削法蘭面。

10月22日劉老澗水電站管理所組織對2號機組開展檢修，對電機上導、下導到水導都進行了拆卸，發(fā)現(xiàn)無部件損壞及明顯磨損現(xiàn)象。

經過測量發(fā)現(xiàn)2號機組軸線中心為11絲，電機下導擺度16絲，上水導43絲，下水導13絲。在聯(lián)軸器電機法蘭和水泵軸法蘭架設百分表，上法蘭最大10絲，下法蘭最大19絲，為同一方位，分析得出電機軸和水泵軸軸線不在中心，詳見圖2。

圖2 軸不同心示意圖

另外，上水導軸瓦因為供水不足、水質差，技術供水水源直接取自河道，存在泥沙和各種浮游雜物，在供水管內淤積形成水垢和淤泥；造成冷卻器冷卻效果降低，導致軸瓦因溫度過高損壞，一定程度上加劇擺度變大，詳見圖3、圖4。

圖3 上水導損壞

圖4 技術供水管道泥垢淤積

3.6 結論

綜上所述，基本可判斷劉老澗泵站機組運行期間擺度突然增大的原因為：電機軸和水泵軸軸線與其旋轉中心不重合，偏差較大，使機組在旋轉時不再那么平穩(wěn)，各部位振動和噪音加劇；同時因為技術供水水質差原因加速了水導軸瓦的磨損、燒壞，導致振擺監(jiān)測系統(tǒng)動擺度值發(fā)生跳躍性突變。

4 處置措施

明確擺度異常增大的原因后，經過與廠家協(xié)調確定了維修方案：上水導軸瓦重新澆筑，定制專用工具推動下法蘭，使達到同一中心；再對大軸螺栓鉸制孔重新鉸制，對大軸螺栓重新加工。采用分開上下法蘭用方挫磨削水泵法蘭上止口，經過2次磨削止口，2個法蘭面擺度分別為8絲和12絲；后又通過進一步調試安裝確保各項數(shù)據(jù)優(yōu)秀，使聯(lián)軸器擺度在10絲以內，詳見圖5、圖6。

圖5 泵軸擺度測量

圖6 現(xiàn)場施工照片

5 結 論

目前，經過調整，擺度已在規(guī)范范圍內。為防止類似問題發(fā)生，待其他機組檢修時，應重點關注聯(lián)軸器部分是否有類似問題需處理。由于對機組運行擺度突然增大的原因分析準確，并采取相應措施及時處理，保證了機組的正常運行。