Причины отклонения осевого зазора турбин в Китае? 

Когда заходит речь об осевом зазоре, многие сразу думают о допусках на чертежах. Но на практике, особенно на китайских заводах, проблема часто не в том, что кто-то не прочитал чертёж, а в цепочке событий, которая начинается гораздо раньше — с фундамента или даже с логистики. Попробую разложить по полочкам, как это обычно выглядит изнутри.

Не только станок виноват: предпосылки в производстве

Начнём с цеха. Казалось бы, современные станки с ЧПУ должны гарантировать точность. Однако, ключевое слово — ?должны?. На одном из проектов, где мы сотрудничали с ООО Эмэйшань Чипинь Машиностроительное производство, столкнулись с интересным казусом. Статорная обойма была обработана идеально, но при контрольной сборке в сборочном цехе зазор ?уплыл?. Оказалось, проблема в температурном режиме цеха механической обработки и сборочного — разница в 7-8 градусов. Металл — живой материал. Особенно это касается крупногабаритных деталей, которые не успевают акклиматизироваться после транспортировки между цехами. Это не брак, это упущение технологов, которые не прописали нормы выдержки деталей перед финальными измерениями.

Ещё один тонкий момент — базирование заготовки на станке. Для роторов и крышек подшипников это критично. Китайские производители, особенно те, кто работает и на внутренний рынок, и на экспорт (как тот же Эмэйшань Чипинь), часто имеют парк оборудования разного возраста. Старая, проверенная расточная машина может давать микропогрешность в биении, которая компенсируется опытным оператором ?на глаз? по месту. Но когда этот узел попадает на объект, где сборку ведёт другая бригада, без этой поправки, все погрешности суммируются. Отсюда и отклонение осевого зазора.

Нельзя сбрасывать со счетов и человеческий фактор, но не в плане халатности. Часто вижу, как инженеры приезжают на завод-изготовитель, проверяют паспорта, протоколы замеров — всё в норме. А на монтаже — проблема. Почему? Потому что замеры на заводе делались на ?голом? узле, без учёта веса вала, части обмоток, без имитации рабочих нагрузок. Это системный пробел в методике приёмочных испытаний, который потом аукается настройкой уже на месте, что всегда дороже и сложнее.

Ловушки монтажа и ?подводные камни? стройплощадки

Монтаж — это отдельная история. Вот типичный сценарий: оборудование пришло, упаковка цела, сроки поджимают. Начинается сборка. Китайские специалисты (или местные монтажники под их надзором) выставляют основание по уровню. Кажется, всё идеально. Но фундамент — это не монолит, он мог дать усадку с момента заливки, особенно если объект в регионе с мягкими грунтами. Я видел случаи на малых ГЭС в Южном Китае, когда отклонение зазора проявлялось только после пробного пуска, а корень был в том, что фундаментные болты были затянуты с разным моментом, создав перекос станины. Диагностика такой проблемы — это часы, а то и дни поисков.

Ещё один практический момент — последовательность сборки. Инструкции часто выполняются механически. Собрали ротор, установили крышки подшипников, замерили зазор. Но забыли, что потом будет монтироваться система трубопроводов отвода масла, которые могут создавать остаточные напряжения в корпусе подшипникового узла. После обвязки труб зазор меняется на несколько ?десяток?. Это не ошибка, это недостаток опыта у руководителя монтажных работ, который не учёл взаимное влияние систем. Компании, которые специализируются на модернизации, например, как ООО Эмэйшань Чипинь Машиностроительное производство, с этим сталкиваются постоянно, когда берутся за реконструкцию старых станций, где нужно интегрировать новое оборудование в существующие коммуникации.

Инструмент. Казалось бы, мелочь. Но использование некалиброванного щупа или неправильного нутромера может дать погрешность в 0.05-0.1 мм, что для некоторых типов турбин уже критично. На одном из объектов использовали лазерный трекер для юстировки, но его оператор не учёл температуру в машинном зале, что привело к ошибке в расчётах. Пришлось переделывать. Опыт приходит с такими ошибками.

Скрытые дефекты материалов и остаточные напряжения

Это, пожалуй, самая сложная для диагностики категория причин. Литейные или кованые заготовки для валов или корпусов подшипников после грубой механической обработки часто не проходят полноценный отпуск для снятия внутренних напряжений. В процессе чистовой обработки и последующей эксплуатации эти напряжения перераспределяются, вызывая деформацию узла. Визуально или при стандартных замерах это не уловить. Проявляется это уже на станции через 500-1000 часов работы — зазор либо увеличивается, либо, что реже, уменьшается, приводя к трению.

Качество стали — отдельная тема. Китайская металлургия шагнула далеко вперёд, но на внутреннем рынке до сих пор можно встретить замену марок стали на ?аналогичные? без должного пересчёта всех характеристик. Например, использование стали с иным коэффициентом линейного расширения. В паспорте стоит одна марка, в реальности — другая. При нагреве во время работы поведение узла меняется непредсказуемо. Проверить это можно только сложным металловедческим анализом, который на потоке никто не делает.

Сварные швы. В конструкциях опор и станин их много. Некачественный провар или неправильная последовательность наложения швов создают огромные остаточные напряжения. После окончательной механической обработки и в процессе работы эти напряжения ?отпускаются?, коробия конструкцию. Это бич неспециализированных заводов, которые берутся за штучные заказы. Профильные же производители, вроде упомянутого завода в Эмэйшане, имея статус технологического центра, обычно имеют отработанные методики сварки и последующей термообработки для таких ответственных узлов.

Взаимовлияние смежных систем: регуляторы и уплотнения

Часто ищут причину в механике, а она кроется в системе регулирования. Неотрегулированный или нестабильно работающий регулятор скорости может вызывать автоколебания вала (?биение?) в осевом направлении. Это динамическое воздействие приводит к видимому изменению среднего значения зазора при контрольных замерах. На старых станциях, где стоят механические регуляторы, эта проблема часта. Современные цифровые системы, которые как раз производит и поставляет ООО Эмэйшань Чипинь, лишены этого недостатка, но требуют грамотной настройки. Если сервисный инженер экономит время и не проводит тонкую калибровку под конкретную гидромеханику, проблемы могут вернуться.

Уплотнения, особенно лабиринтного типа. Их износ или неправильная установка (со смещением) не являются прямой причиной отклонения зазора, но они маскируют проблему. Например, при изношенных уплотнениях увеличивается протечка, которая может создавать дополнительное осевое давление на ротор, тем самым меняя его положение в подшипниках. При диагностике сначала меняют уплотнения, а потом с удивлением обнаруживают, что зазор всё равно не в норме. Нужно было начинать с проверки геометрии посадочных мест под эти самые уплотнения.

Термические деформации в рабочем цикле. Это проектный просчёт, но он выявляется только в работе. Конструкторы рассчитывают зазор для номинального режима. Однако, если на станции часты переходные процессы, пуски-остановки, работа на неоптимальных напорах, то температурные поля в турбине и генераторе отличаются от расчётных. Ротор и статор расширяются с разной скоростью, что ведёт к изменению зазора. Бороться с этим можно только оптимизацией режима работы или, на этапе проектирования, более точным тепловым расчётом.

Культура эксплуатации и ?наследственные? болезни

И последнее по списку, но не по значению — эксплуатация. Китайский энергорайон часто укомплектовывается персоналом, который прошёл ускоренное обучение. Они отлично следуют регламенту, но не понимают физики процессов. Например, неконтролируемый запуск ?на холодную? без предварительного прогрева масла в системе подшипников. Масляный клин не образуется как надо, вал находится в суховатом контакте, что ведёт к повышенному износу и постепенному изменению посадочных мест. Через год-два зазор уже не тот.

Отсутствие регулярного мониторинга вибрации и осевого положения. Современные системы диагностики стоят денег, и на малых ГЭС их часто экономят. А ведь тренд изменения осевого положения — лучший индикатор надвигающейся проблемы. Без этих данных все выводы делаются постфактум, после остановки и разборки агрегата. Компании, предоставляющие услуги модернизации, как раз и зарабатывают на том, что внедряют такие простые системы мониторинга, которые предотвращают крупные аварии.

В итоге, возвращаясь к началу. Причина отклонения осевого зазора турбины редко бывает одна. Это почти всегда цепь: небольшой производственный нюанс + погрешность монтажа + особенность эксплуатации. Бороться с этим можно только системным подходом на всех этапах — от приёмки заготовок на заводе до обучения дежурного инженера на станции. Опытные производители, которые прошли этот путь, как раз и ценятся за то, что их оборудование приезжает на объект не просто качественным, но и ?предсказуемым? в монтаже и наладке. Это и есть настоящая экспертиза, которую не заменишь строгим соблюдением ГОСТов или ISO.