云南兴电集团有限公司
摘要：以实例介绍混流式水轮发电机推力头与镜板间绝缘垫损坏、连接螺栓松动、断裂等情况，对产生的原因进行了详细的剖析，并提出建议供广大同类型电站在今后的机组安装或检修中参考。
关键词：混流式水轮发电机，推力头与镜板，绝缘垫，损坏，原因分析
一、前言
众所周知，混流式水轮发电机（悬吊式）一般是在镜板与推力头之间加装一层绝缘垫,采取修刮绝缘垫的方法来调整机组的轴线,减小机组的振动和摆度。如果绝缘垫材料采用不当或修刮时接触面过少,随着机组运行时间的增长,绝缘垫将遭到破坏,机组的轴线就会随之而破坏,从而使机组振动增加,降低机组稳定运行的可靠性。
二、研究水轮发电机组振动的必要性
机架振动幅值和大轴摆度幅值是水轮发电机组稳定运行的主要指标。和其他机械设备一样，水轮发电机组在运行中的振动是一种普遍存在的、不可能完全避免和消除的现象，只要将振动限制在允许的范围内，它对机组本身及其工作并无妨害。但是当振动超过一定限度时，对机组设备本身不利，且机组长期振动可使机件疲劳破坏，缩短机组零部件使用寿命，严重时可直接影响水轮发电机组的正常、安全运行，给电厂造成不可估量的经济损失。所以，对水轮发电机组进行振动研究和原因分析是十分必要的，下面以实例就相关问题进行分析探讨。
三、推力头与镜板的连接螺栓松动、绝缘垫损坏情况及原因分析
（一）推力头与镜板的连接螺栓松动、绝缘垫损坏情况
1.猴爬岩电站#1机组推力头与镜板的连接螺栓松动、断裂及绝缘垫损坏
猴爬岩电站#1机组于2014年12月份机架振动幅值逐渐增大，但未超过允许范围，且每天运行时间不长，但是到2015年1月份其振动幅值超过允许范围；检查发现推力头与镜板的连接螺栓8颗有4颗松动、6颗断裂、1颗弯曲变形，绝缘销松动、绝缘垫破损，推力头底面局部锈蚀、凸凹不平，镜板背面局部有锈蚀痕迹、凸凹不平，其它部件完好。检查情况表明：推力头与镜板需返厂处理，螺栓、绝缘销和绝缘垫需重新配制。
2.坝达电站#2机组推力头与镜板的连接螺栓松动、绝缘垫损坏
坝达电站#2机组在2015年1月开展检修前上导轴承温度略增，但增幅不大，振动幅值在允许范围内。检修时发现推力头与镜板的连接螺栓8颗有7颗不同程度的松动、2颗断裂、绝缘垫破损，推力头底面凸凹不平，镜板背面凸凹不平，其它部件完好；油槽油色变黑。检查情况表明：推力头与镜板需返厂处理，螺栓和绝缘垫需重新配制。
3.板蚌电站#2机组推力头与镜板的连接螺栓松动、绝缘垫损坏
板蚌电站#2机组在2015年底发现上导轴承温度逐渐升高，但增幅不大，振动幅值在允许范围内，于2016年1月份检修时发现推力头与镜板的连接螺栓8颗有3颗不同程度的松动，绝缘垫破损，推力头底面锈蚀、凸凹不平，镜板背面局部有锈蚀痕迹、凸凹不平，其它部件完好；油槽油色变黑。检查情况表明：推力头与镜板需返厂处理，绝缘垫需重新配制。
4.板蚌电站#1机组推力头与镜板间的绝缘垫局部破损
板蚌电站#1机组在2016年3月大修时发现推力头与镜板间的绝缘垫局部破损，推力头底面局部锈蚀、凸凹不平，镜板背面有锈蚀痕迹、凸凹不平，其它部件完好；油槽油色变黑。检查情况表明：推力头与镜板需返厂处理，绝缘垫需重新配制。
5.猴爬岩电站#2机组推力头与镜板的连接螺栓松动、绝缘垫出现受损迹象
猴爬岩电站#2机组在2016年3月检修时发现推力头与镜板的连接螺栓8颗有4颗松动、1颗断裂、绝缘垫出现受损迹象，推力头底面和镜板背面局部损伤，其它部件完好；油槽油色变黑。检查情况表明：推力头与镜板需返厂处理，绝缘垫需重新配制。
（二）推力头与镜板的连接螺栓松动、绝缘垫损坏原因分析
对以上电站机组的绝缘垫检查发现，绝缘垫与推力头和镜板的接触面过少，使推力头-绝缘垫-镜板之间存在间隙，这个间隙的产生可能有以下情况：
（1）在机组轴线调整时，绝缘垫刮削相对平整，但机组在运行过程中，镜板与推力瓦接触的部分将转子和轴向水推力的巨大重量转移给推力瓦，而不接触部分悬空，镜板可能产生变形引起；
（2）在机组轴线调整时，为了满足摆度要求，不注重检修工艺标准，致使绝缘垫刮削不平整，从而产生间隙；
（3）以上两种情况存在的叠加产生。
虽然这个间隙很小，但油槽中的油进入后，此处运行至推力瓦上方时油被高速挤压出去，会在推力头、绝缘垫、镜板之间的接触面上产生机械磨损、气蚀、微水锤效应、电化腐蚀、化学作用等现象，造成接触面被浸蚀。随着时间推移，绝缘垫受浸蚀面不断扩大，间隙也越来越大，导致螺栓松动。
对断裂的螺栓进行材质检测，均符合厂家及规范要求，排除材质差的问题，所以螺栓断裂就只有三种原因：①受剪力；②受拉力；③剪力与拉力形成交变力作用，使螺栓产生疲劳破坏，导致断裂。
（1）剪力的主要来源：
①推力头与镜板相对静摩擦力及因旋转而产生的相对作用在螺栓上的径向力；
②镜板运动过程中交变变形产生交变力中的径向分量。
（2）拉力的主要来源：
①螺栓本身的预紧力；
②镜板运动过程中交变变形产生交变力中的轴向分量。
（3）交变力产生的原因：
①机组振动作为动力源；
②刮削的绝缘垫只是相对平整，机组运行时镜板、绝缘垫及推力头随着转动部分旋转而产生微量变形，形成波浪状无规则运动。
在螺栓松动和断裂后，使原本就不稳定的轴线更加失去约束，致使振动增大和轴瓦温度升高。
四、处理
将推力头和镜板返厂研磨处理，并对镜板硬度进行检测，均符合厂家及规范要求（镜板的厚度和相近参数电站的机组对比也接近，排除厚度的问题），研磨后必须确保推力头底面的平整度，并与轴线垂直，确保镜板正反面的平整度和平行度及正面的光洁度；重新配制新的绝缘垫，并在机组轴线调整时，加强检修工艺，尽可能保证绝缘垫与推力头和镜板有过多的接触面；更换等级较高的连接螺栓，螺栓拧紧后用扭力扳手检测连接螺栓的预紧力，确保每颗螺栓受力一致；重新配制不可用的绝缘销。
五、总结
引起水轮发电机组振动的原因很多，根据干扰力的不同形式，大体上可分为三类：由机械原因引起的振动、水力原因引起的振动和电磁原因引起的振动。不论是什么原因引起的振动，只要超过允许范围，就必须处理或采取措施，就要求我们必须具有一定的实践经验和专业知识。通过以上方法处理后，各台机组自检修后运行至今，未发现异常，各参数都在允许范围内。
六、建议
根据多年从事机电安装及检修的经验，提出如下建议，以供相关人士参考：
（1）制定检修工艺标准及检修作业指导书，在以后的检修过程中严格按照工艺标准及作业指导书执行。
（2）打破以前的检修周期制，实行机组状态检修；实行定期检查制，更换易老花件的更换制，及时发现问题，及时处理问题，问题在哪里便处理哪里。
参考文献
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[4]《立式水轮发电机检修技术规程》（DL/T817-2014）
[5]杨洁，蒋蓉蓉等.水轮机检修、故障处理、运行调试与维护综合技术手册.北京科大电子出版社，2005.