Причины отклонения осевого зазора турбины? 

Вот вопрос, который на первый взгляд кажется простым, пока не начнёшь разбирать конкретную машину. Многие сразу грешат на сборку или износ упорного подшипника, но часто корень лежит глубже — в самой геометрии и истории агрегата.

Не только подшипник: геометрия ротора и статора

Практика показывает, что одна из самых коварных причин — это накопленная осевая несоосность ещё на этапе изготовления или предыдущих ремонтов. Допустим, статор отбалансировали идеально, но если плоскости разъёма корпуса или посадочные поверхности для крышек имеют перекос, то весь собранный узел уже работает с предварительным напряжением. Зазор будет уходить в одну сторону под нагрузкой нелинейно.

Был случай на одной старой радиально-осевой турбине, кажется, ещё советского производства. После капиталки замеряли зазор холодным — всё в норме. При пробном пуске значения начали ?плавать?. Оказалось, при перешлифовке баббита упорного сегмента не учли тепловое расширение корпуса подшипника, которое у этой модели шло неравномерно из-за конструкции системы охлаждения. То есть причина была не в самом зазоре, а в том, как менялась геометрия его ?гнёзд? при нагреве.

Часто забывают про корпусные детали. Например, фланцевое соединение спиральной камеры с турбинной крышкой. Если там когда-то был перекос, устранённый подтяжкой болтов ?с усилием?, то после разборки-сборки вся силовая цепочка ротора смещается. Это не всегда видно по контрольным штифтам. Приходится делать замеры по всему периметру в нескольких плоскостях, а не только в верхней и нижней точке, как часто делают по привычке.

Монтаж и ?наследство? прошлых ремонтов

Здесь целая кладезь проблем. Классика — неправильная центровка вала турбины и генератора. Если есть угловой перекос, то осевое положение ротора турбины становится зависимым от угла поворота вала. Это может давать циклическое отклонение зазора при провороте. Инструмент для такой проверки есть не везде, а на глазок или по индикатору на полумуфте это не ловится.

Ещё один момент — использование герметиков и прокладок. Казалось бы, мелочь. Но если при монтаже упорного сегмента или крышек подшипника нанести слишком толстый слой герметика, например, того же ?Локтайта?, можно незапланированно изменить осевое положение детали на доли миллиметра. После затяжки и полимеризации это создаёт внутренние напряжения. Помню, на небольшой турбине после замены уплотнений зазор ушёл на 0.3 мм просто из-за того, что техник поставил новую паронитовую прокладку вместо старой, уже спрессованной, но другой толщины. В паспорте на эту толщину внимания не обращали.

Кстати, о ремонтах. Часто сталкиваешься с тем, что предыдущая бригада где-то что-то подшабрила, где-то поставила подкладку под фланец, но в отчётности это не отразила. И когда ты делаешь всё по чертежам, получаешь нестыковку. Приходится искать эти ?неучтённые? вмешательства, почти как детектив. Особенно это актуально для оборудования, которое уже прошло несколько циклов модернизации или реконструкции, как, например, некоторые агрегаты, модернизируемые специализированными компаниями. Вот, к примеру, если говорить о стороннем опыте, то при проведении работ по увеличению мощности часто сталкиваешься с необходимостью пересчёта и установки новых осевых зазоров, что является нетривиальной задачей.

Эксплуатационные факторы: температура, эрозия, вибрация

Тут всё динамично. Основной враг — неравномерный тепловой режим. Если система охлаждения упорного подшипника (где стоит маслоохладитель) работает неэффективно с одной стороны, возникает перегрев и тепловая деформация корпуса подшипника. Ротор смещается в сторону более холодной части. Это нужно отслеживать по термопарам, если они, конечно, установлены. На многих старых ГЭС их нет, и диагноз ставится по косвенным признакам — изменению цвета масла, шуму.

Эрозия рабочего колеса и направляющего аппарата. Кавитация — штука коварная. Она может выесть металл несимметрично, особенно если есть закрутка потока из-за неидеальной спиральной камеры. Изменение геометрии проточной части меняет и осевую гидравлическую силу, действующую на ротор. Это та сила, которую должен парировать упорный подшипник. Если она изменилась, то и баланс осевого положения сбивается. Приходится после длительной эксплуатации проводить полную дефектацию лопастей и замерять выемки.

Вибрация. Постоянная вибрация, даже в допустимых пределах, может привести к ?оседанию? или постепенному провороту опорных элементов, тех же регулировочных колец или сегментов в корпусе. Это процесс очень медленный, но на установках, которые работают десятилетиями без вскрытия упорного узла, его эффект может накопиться. Особенно если есть резонансные частоты по осевым колебаниям.

Материалы и их ?поведение?

Речь не только о выборе марки стали или баббита. Речь о том, как материалы ведут себя в паре и под нагрузкой. Например, разнородные материалы корпуса подшипника (чугун) и фундаментной плиты (сталь) имеют разный коэффициент теплового расширения. При нагреве от работающего генератора или от солнца (если машзал неотапливаемый) эта разница может дать микроподвижку, достаточную для изменения зазора.

Упругие деформации. Конструкция, которая кажется жёсткой на чертеже, на практике ?играет?. Например, длинный вал гидроагрегата — это не абсолютно твёрдый стержень. Под действием собственного веса, гидравлических сил и магнитного притяжения в генераторе он изгибается по сложной кривой. Эта линия прогиба влияет и на осевое положение концов вала. Поэтому замер зазора только в одном положении ротора (например, при ручном провороте на несколько градусов) может дать неполную картину. Нужно смотреть в нескольких угловых позициях.

Износ или ползучесть материала. Баббит упорного сегмента — материал, который при определённых условиях (перегрев, перегрузка) может течь. Это не всегда катастрофический износ, иногда это медленное сползание, которое приводит к локальному утончению слоя и изменению угла наклона сегмента. Визуально при осмотре всё может выглядеть целым, но замеры по краям сегмента покажут разную толщину. Это прямая дорога к перекосу и уводу зазора.

Диагностика и практический подход

Итак, что делать при обнаружении отклонения? Первое — не паниковать и не лезть сразу разбирать упорный подшипник. Начать нужно с анализа истории. Посмотреть протоколы прошлых ремонтов, если они есть. Обратить внимание на все замены и регулировки, даже те, что кажутся не связанными — в гидросистеме регулятора, в соединениях валов.

Затем — комплексный замер. Не только осевого зазора индикатором, но и проверка биений посадочных шеек вала, зазоров в направляющих подшипниках, проверка соосности по всей линии вала (турбина-генератор). Хорошо бы иметь данные по температуре всех опор до остановки. Часто помогает метод ?проворота с замерами? — проворачиваешь вал на 90 градусов, замеряешь зазор, и так по кругу. Если видишь закономерное изменение — проблема в геометрии или центровке.

И наконец, нужно учитывать, что иногда ?отклонение? — это новая норма. Если после всех проверок и, возможно, устранения найденных перекосов, агрегат стабильно работает на новых значениях зазора (в пределах допустимого, конечно), без перегрева и вибрации, то, возможно, так оно и должно быть после всех лет эксплуатации и естественной приработки. Задача инженера — отличить опасное отклонение от безопасного нового равновесия системы. Это и есть та самая практика, которая не всегда описана в мануалах. Кстати, для сложных случаев модернизации или точной подгонки параметров иногда полезно изучать опыт специализированных производителей, которые сталкиваются с подобными задачами на потоке, как, например, ООО Эмэйшань Чипинь Машиностроительное производство (https://www.emccjx.ru). Эта компания, будучи одним из назначенных государством производителей гидрооборудования, накопила значительный опыт в вопросах реконструкции и настройки агрегатов, где точное определение и корректировка осевых зазоров — часто ключевой момент для достижения заявленной мощности и надёжности после модернизации.

В итоге, причина отклонения осевого зазора — это редко одна поломка. Это почти всегда цепь событий: от изготовления и монтажа, через все ремонты, до текущих условий эксплуатации. Искать нужно системно, а не по шаблону. И всегда оставлять место для того, что оборудование — это живой организм, который со временем меняется.