崔曉遠(yuǎn)，徐立建，陳 勇

(江蘇省駱運(yùn)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(nèi)的中運(yùn)河上，是淮水北調(diào)的第二梯級(jí)站，南水北調(diào)東線第五梯級(jí)站之一，具有調(diào)水、擋洪、發(fā)電等多種功能；自1996年建成以來(lái)，累計(jì)抽水約117.62億m3，發(fā)電約4 300萬(wàn)kW·h，保證了蘇北地區(qū)農(nóng)田灌溉、工業(yè)及通航用水。該泵站經(jīng)過(guò)20多年的運(yùn)行，于2015年經(jīng)安全鑒定為三類泵站。

2019年1月，江蘇省水利廳批復(fù)8 937萬(wàn)元省級(jí)資金對(duì)該泵站進(jìn)行加固改造，工程于2019年8月開工建設(shè)；改造后設(shè)計(jì)流量為150 m3/s，總裝機(jī)容量為8 800 kW。

通過(guò)本次加固改造，解決了水泵氣蝕嚴(yán)重，主電機(jī)定子鐵心、矽鋼片銹蝕變形，混凝土構(gòu)件碳化等問題，提高了泵站運(yùn)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(jī)組運(yùn)行期間，突然發(fā)現(xiàn)動(dòng)擺度增大、振動(dòng)劇烈的情況，調(diào)取如圖1所示的振擺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)波形圖發(fā)現(xiàn)，2號(hào)機(jī)組的動(dòng)擺度值發(fā)生跳躍性突變，增幅值達(dá)到5倍左右，并持續(xù)1 h左右。1 h后，擺度恢復(fù)，穩(wěn)定在原來(lái)的2倍左右。

圖1 振擺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)波形圖

3 問題分析

3.1 振擺采集傳感器故障

振動(dòng)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(jìn)行更換；特別是振動(dòng)傳感器，損壞后只能進(jìn)行更換，擺度傳感器可進(jìn)行調(diào)整，必要時(shí)需更換。大部分振擺傳感器故障為通訊線路的故障，如信號(hào)端子隨著長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行發(fā)生松動(dòng)，通訊電纜接頭松動(dòng)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(jīng)過(guò)除險(xiǎn)加固改造，振擺傳感器均進(jìn)行了更換，運(yùn)行時(shí)間短，發(fā)生故障可能性小，但也需進(jìn)一步排查。

3.2 水導(dǎo)軸承問題

水導(dǎo)軸承的作用主要是承載機(jī)組旋轉(zhuǎn)帶來(lái)的徑向力和振擺值，約束機(jī)組軸線位置，保證軸心穩(wěn)定。水導(dǎo)軸承損壞會(huì)導(dǎo)致水導(dǎo)軸承間隙增大，從而引起機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生較大的擺動(dòng)。

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

3.3 進(jìn)水流態(tài)問題

進(jìn)水流態(tài)差對(duì)水泵的安全運(yùn)行及效率的影響很大，如下游水位過(guò)低、下游攔污柵上有過(guò)多水草等，都可能影響進(jìn)水流態(tài)，從而可能導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生氣蝕振動(dòng)，造成水力不平衡；機(jī)組在水力不平衡條件下運(yùn)行時(shí)，擺度將明顯增大。通過(guò)調(diào)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(lái)草堆積攔污柵的情況，基本可以排除進(jìn)水流態(tài)差對(duì)機(jī)組擺度異常增大影響的原因。

3.4 葉輪室內(nèi)部有異物

機(jī)組運(yùn)行中，部分異物可能順著水流進(jìn)入進(jìn)水流道，通過(guò)攔污柵間隙進(jìn)入機(jī)組內(nèi)部，在水泵內(nèi)部撞擊葉輪外殼、葉片等部位，引起機(jī)組振動(dòng)、擺度的增大。對(duì)于可能的情況，需要通過(guò)水泵水下檢查進(jìn)行處理。

3.5 機(jī)組安裝同心度、擺度不合格

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

3.5.1 電機(jī)軸與鏡板不垂直

在1臺(tái)機(jī)組的同心和水平調(diào)整好之后，如果電機(jī)軸與鏡板不垂直，這時(shí)回轉(zhuǎn)軸線必將偏離理論旋轉(zhuǎn)中心，造成電機(jī)軸與泵軸擺度增大；而且隨著泵軸長(zhǎng)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(jīng)驗(yàn)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(jī)軸彎曲

泵軸與電機(jī)軸曲折是產(chǎn)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(gè)方位，這時(shí)軸線在回轉(zhuǎn)時(shí)，軸線從曲折處開始，出現(xiàn)偏離中心的錐形擺度圓，產(chǎn)生了擺度；而且隨泵軸的增長(zhǎng)葉輪擺度隨之增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)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(duì)2號(hào)機(jī)組開展檢修，對(duì)電機(jī)上導(dǎo)、下導(dǎo)到水導(dǎo)都進(jìn)行了拆卸，發(fā)現(xiàn)無(wú)部件損壞及明顯磨損現(xiàn)象。

經(jīng)過(guò)測(cè)量發(fā)現(xiàn)2號(hào)機(jī)組軸線中心為11絲，電機(jī)下導(dǎo)擺度16絲，上水導(dǎo)43絲，下水導(dǎo)13絲。在聯(lián)軸器電機(jī)法蘭和水泵軸法蘭架設(shè)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(jī)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(dǎo)軸瓦因?yàn)楣┧蛔?、水質(zhì)差，技術(shù)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(nèi)淤積形成水垢和淤泥；造成冷卻器冷卻效果降低，導(dǎo)致軸瓦因溫度過(guò)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(dǎo)損壞

圖4 技術(shù)供水管道泥垢淤積

3.6 結(jié)論

綜上所述，基本可判斷劉老澗泵站機(jī)組運(yùn)行期間擺度突然增大的原因?yàn)椋弘姍C(jī)軸和水泵軸軸線與其旋轉(zhuǎn)中心不重合，偏差較大，使機(jī)組在旋轉(zhuǎn)時(shí)不再那么平穩(wěn)，各部位振動(dòng)和噪音加??；同時(shí)因?yàn)榧夹g(shù)供水水質(zhì)差原因加速了水導(dǎo)軸瓦的磨損、燒壞，導(dǎo)致振擺監(jiān)測(cè)系統(tǒng)動(dòng)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(jīng)過(guò)與廠家協(xié)調(diào)確定了維修方案：上水導(dǎo)軸瓦重新澆筑，定制專用工具推動(dòng)下法蘭，使達(dá)到同一中心；再對(duì)大軸螺栓鉸制孔重新鉸制，對(duì)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(jīng)過(guò)2次磨削止口，2個(gè)法蘭面擺度分別為8絲和12絲；后又通過(guò)進(jìn)一步調(diào)試安裝確保各項(xiàng)數(shù)據(jù)優(yōu)秀，使聯(lián)軸器擺度在10絲以內(nèi)，詳見圖5、圖6。

圖5 泵軸擺度測(cè)量

圖6 現(xiàn)場(chǎng)施工照片

5 結(jié) 論

目前，經(jīng)過(guò)調(diào)整，擺度已在規(guī)范范圍內(nèi)。為防止類似問題發(fā)生，待其他機(jī)組檢修時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注聯(lián)軸器部分是否有類似問題需處理。由于對(duì)機(jī)組運(yùn)行擺度突然增大的原因分析準(zhǔn)確，并采取相應(yīng)措施及時(shí)處理，保證了機(jī)組的正常運(yùn)行。