Причины отклонения осевого зазора турбины? 

Осевой зазор — одна из тех вещей, о которых все говорят, но мало кто действительно понимает все нюансы на практике. Часто сводят всё к терморасширению или монтажу, а на деле там целый клубок причин, и некоторые из них проявляются только через годы работы агрегата.

Базовые вещи, которые часто упускают

Начнём с основ, которые почему-то многие инженеры считают слишком простыми, чтобы вникать. Осевой зазор — это не просто цифра в паспорте. Это динамический параметр, который живёт своей жизнью в зависимости от режима работы. Если взять, к примеру, старые агрегаты, которые сейчас модернизируют, там часто заложены совсем другие допуски, нежели в современных ГОСТах. И слепое следование новым нормам без оглядки на конструктив — прямая дорога к проблемам.

Лично сталкивался с ситуацией на одной ГЭС в Карелии. Турбина после капремонта, зазоры выставили по книжке. А через полгода работы появилась вибрация, которую не могли локализовать. Оказалось, что при расчёте не учли износ посадочных мест корпуса подшипника ещё с советских времён. Зазор в статике был в норме, но при нагрузке из-за этого скрытого люфта ротор начинал гулять. Пришлось снимать замеры не на холодной, а на прогретой турбине под нагрузкой — только так поймали отклонение.

И вот здесь важный момент: документация. Часто её просто нет, или она не соответствует реальному агрегату. Особенно это касается оборудования, которое прошло несколько циклов ремонта у разных подрядчиков. Как в том случае с ООО Эмэйшань Чипинь Машиностроительное производство — они, занимаясь модернизацией и увеличением мощности старых гидроагрегатов, первым делом проводят детальную диагностику и создают цифровую модель существующего состояния. Без этого любые расчёты новых зазоров — гадание на кофейной гуще. Кстати, их сайт https://www.emccjx.ru — хороший источник для понимания современного подхода к ремонту, там много делают акцент именно на точной подгонке и расчётах под конкретный объект.

Конструктивные и производственные причины

Здесь поле для ошибок огромное. Начнём с ротора. Неравномерная остаточная балансировка после ремонта — классика. Но есть и более тонкие вещи. Например, разнородность материала лопаток. На старых турбинах могли ставить лопатки из разных партий металла, с чуть отличающимся коэффициентом расширения. Вроде мелочь, но при длительной работе под нагрузкой это даёт разную степень вытягивания и, как следствие, изменение осевого положения всего рабочего колеса.

Корпусные детали — отдельная песня. Литейные напряжения. Кажется, что отливка давно остыла и стабилизировалась. Но после механической обработки и особенно после первого нагрева в работе, эти напряжения снимаются, и геометрия меняется. Я видел случай, когда станина после полугода работы усела на несколько десятых миллиметра с одной стороны. Естественно, ось вращения перекосилась, и зазор ушёл в ноль с одного края.

И, конечно, подшипники. Не те, что шариковые, а сегментные упорно-опорные. Здесь критична не только точность изготовления сегментов, но и состояние масляного клина. Если система смазки даёт сбой, или температура масла не выдерживается, жёсткость опоры падает. Ротор просаживается, и зазор увеличивается там, где его быть не должно. Однажды пришлось разбирать агрегат из-за стуков, а причина была в забитом фильтре тонкой очистки масла. Давление вроде было, но пульсации создавали микрогидроудары, которые разбалтывали ротор в осевом направлении.

Монтаж и эксплуатация: где кроется человеческий фактор

Самая болезненная тема. Монтажники часто работают по принципу допуск есть — и хорошо. Но осевой зазор — это комплексный параметр. Выставили его, затянули фундаментные болты — а он изменился. Потому что натяжение болтов может вести станину. Нужно делать окончательный замер после полной обтяжки всех силовых соединений, а не до.

Тепловые режимы. В паспорте обычно указаны расчётные температуры. Но на реальной ГЭС температура воды может сильно колебаться в зависимости от сезона. Летом вода тёплая, зимой — ледяная. Это влияет на охлаждение и, соответственно, на тепловое расширение вала и корпусных деталей. На одной станции пришлось вводить сезонные поправки в таблицы контроля зазоров для агрегатов, работающих на сбросе, потому что летние и зимние замеры отличались на величину, близкую к допустимой.

Эксплуатационный износ — это не только стирание поверхностей. Это изменение микротвёрдости металла, появление усталостных трещин, коррозия. Всё это меняет контактные поверхности в узлах, которые фиксируют осевое положение. Например, износ упорного бурта на валу всего на 0.2 мм может привести к тому, что весь пакет дисков рабочего колеса сместится, и зазор увеличится сверх всяких норм. Бороться с этим можно только регулярным мониторингом, а не раз в пять лет при плановом ремонте.

Взаимодействие с другими системами агрегата

Турбина — не изолированный узел. Отклонение осевого зазора часто является симптомом, а не болезнью. Генератор. Если есть проблемы с подпятником генератора, или его ротор имеет осевое биение, это через вал передаётся на турбину. Мы долго искали причину плавающего зазора на одном агрегате, пока не подключили синхронный замер вибрации турбины и генератора. Оказалось, проблема была в неидеальной соосности, которая при определённой нагрузке создавала осевую составляющую усилия.

Система регулирования. Исполнительные механизмы, сервомоторы. Если есть люфт в тягах или зазоры в золотниковых парах регулятора, это может приводить к дребезгу направляющего аппарата. А это, в свою очередь, вызывает высокочастотные осевые колебания всего ротора, которые со временем разбивают упорные поверхности. Это не мгновенный процесс, он идёт годами, но приводит к постепенному, труднообъяснимому увеличению зазора.

Фундамент. Казалось бы, бетон — он и есть бетон. Но если фундамент дышит из-за уровня грунтовых вод или имеет неравномерную осадку, геометрия всей силовой рамы агрегата искажается. Проверять нужно не только уровень, но и взаимное положение анкерных колодцев. На восстановительном ремонте после паводка как-то обнаружили, что одна corner колонна фундамента просела на 3 мм больше других. Всё оборудование было перекошено, и зазоры распределились абсолютно нерасчётным образом.

Диагностика и практические решения

Как это всё ловить? Штатные датчики осевого сдвига — вещь хорошая, но они показывают уже свершившийся факт. Нужна предиктивная диагностика. Мы начали внедрять периодический замер не только абсолютного значения зазора, но и его осевой жёсткости. Проще говоря, прикладываем к валу через домкрат небольшое осевое усилие и смотрим на перемещение. Если график усилие-перемещение становится нелинейным или появляется гистерезис — это первый признак, что в системе крепления ротора появился люфт, который рано или поздно аукнется.

При ремонте нельзя просто выставить зазор и забыть. Нужно проводить обкатку на разных режимах. Запустили агрегат, вышли на 25% нагрузки — остановили, замерили. Потом 50%, 75%, 100%. Только так можно увидеть, как ведёт себя вся кинематическая цепь в работе. Часто зазор, выставленный на холостом ходу, при полной нагрузке уходит в минус из-за неучтённых деформаций.

И напоследок, философская мысль. Иногда борьба за идеальный осевой зазор становится самоцелью. Бывают агрегаты, которые исторически, в силу конструктивных особенностей, работают с зазором чуть больше или чуть меньше нормы — и прекрасно себя чувствуют десятилетиями. Главный показатель — это стабильность. Если зазор не меняется со временем, нет вибраций, температура подшипников в норме — возможно, не нужно лезть в него с регулировкой, пытаясь загнать в книжные рамки. Опыт, в том числе и коллег из таких компаний, как упомянутое ООО Эмэйшань Чипинь, показывает, что индивидуальный подход к каждому историческому агрегату часто важнее слепого следования общим инструкциям. Их практика увеличения мощности как раз строится на глубоком анализе именно реального, а не паспортного состояния узлов.