Последствия отклонения осевого зазора турбины? 

Вопрос, который на первый взгляд кажется чисто техническим нюансом, а на деле — одна из тех вещей, что могут тихо и методично ?съесть? агрегат. Многие, особенно на этапе монтажа или планового останова, относятся к контролю осевого зазора как к формальности, мол, ?в пределах допуска и ладно?. Вот в этом ?ладно? и кроется главная ловушка. Потому что последствия редко бывают мгновенными и очевидными. Они накапливаются.

Не просто цифра в протоколе

Осевой зазор — это не статичный параметр, который выставил и забыл. Это динамический баланс, напрямую зависящий от температурных режимов, износа уплотнений, состояния упорного подшипника. На новых машинах, скажем, от того же ООО Эмэйшань Чипинь Машиностроительное производство, его рассчитывают с запасом под ?горячее? состояние, но жизнь вносит коррективы. Я видел случаи на старых советских агрегатах, где из-за многолетней просадки фундамента или износа баббита в упорнике этот баланс нарушался катастрофически, но до поры до времени всё работало.

Самое коварное последствие при уменьшении зазора — риск осевого контакта. Ротор, по сути, начинает ?искать? точку опоры. Это не всегда приводит к мгновенному заклиниванию. Чаще это повышенная вибрация на определенных режимах, локальный перегрев упорного сегмента, который потом, при вскрытии, виден по цветам побежалости. Постепенно начинает ?сыпаться? баббит, появляется металлическая пудра в масле. Если вовремя не поймать, итог — выкрашивание рабочей поверхности упорного диска или даже ?прихват? с последующим проворотом вкладышей. Ремонт после такого — это уже не регулировка, а замена дорогостоящих узлов.

С другой стороны, чрезмерно увеличенный зазор тоже не подарок. Здесь основная беда — осевые колебания ротора, так называемый ?осевой бег?. Турбина теряет осевую жесткость, увеличиваются ударные нагрузки при сбросах мощности или резком изменении режима. Это убийственно для лабиринтных уплотнений — они быстро разбиваются, что ведет к росту протечек и падению КПД. На гидроагрегатах, которые часто работают в режиме переменной нагрузки или в сеть с частыми колебаниями, это особенно чувствительно. Кстати, специалисты с https://www.emccjx.ru, с которыми сталкивался по вопросам модернизации, всегда акцентируют внимание на точной настройке осевого положения при замене регуляторов — малейший перекос или неучтенное смещение дают именно такие долгосрочные проблемы.

Опыт, который куется на авариях

Расскажу про один случай, не связанный напрямую с моей текущей работой, но очень показательный. Небольшая ГЭС, агрегат после капремонта. Сборка, пуск — параметры в норме. Но через полгода эксплуатации начался рост вибрации по осевой составляющей. Стандартная диагностика ничего криминального не показывала. Пока в один не самый прекрасный день при резком сбросе нагрузки не последовал удар и резкая остановка. При вскрытии — картина маслом: контакт ротора о статорную часть из-за того, что в процессе работы ?выбрался? весь тепловой запас, а изношенные (но формально ?годные?) элементы крепления упорных сегментов не обеспечили должной жесткости. Зазор ушел в минус. Причина цепочная: не учли полную осадку новых термопрокладок под колонками и реальный износ посадочных мест статора после шлифовки.

Из таких историй и рождается главное правило: контроль осевого зазора — это не разовая операция при сборке. Это обязательный пункт при любом плановом останова, причем замеры нужно делать ?на холодную? и ?на горячую?, после выхода на установившийся тепловой режим. Только сравнение этих данных дает реальную картину. На новых агрегатах, как те, что производит ООО Эмэйшань Чипинь Машиностроительное производство, как технологический центр, они обычно закладывают четкие методики и даже специальные индикаторные устройства для такого мониторинга. Но на старом парке часто приходится изобретать свои, кустарные, но точные способы замера.

Еще один нюанс, о котором часто забывают — влияние состояния масляного клина в упорном подшипнике. Если есть проблемы с чистотой масла, геометрией баббитовых сегментов или температурой подачи, несущая способность клина падает. Ротор может ?просесть? в осевом направлении, эффективно уменьшив зазор. Поэтому диагностику всегда нужно вести комплексно: зазор, вибрация, анализ масла, температура подшипников.

Связь с другими системами — эффект домино

Отклонение осевого зазора редко живет само по себе. Оно почти всегда тянет за собой шлейф вторичных последствий. Например, изменение осевого положения ротора напрямую влияет на радиальные зазоры в проточной части. Может возникнуть односторонний контакт лопаток направляющего аппарата или рабочего колеса, что ведет к их эрозии и кавитационному износу. На одной из ковшовых турбин наблюдал именно такую картину: из-за осевого смещения струя срезала края ковшей несимметрично, что потребовало дорогостоящей перезаливки.

Далее — регуляторная система. Датчики осевого смещения (если они, конечно, установлены) начинают выдавать некорректные сигналы. Система регулирования может пытаться ?отработать? несуществующее смещение, внося лишние коррекции в положение направляющего аппарата или иглы сопла. Это приводит к рысканью мощности, повышенному износу сервомоторов. При модернизации систем управления, которую предлагают, в том числе, и на emccjx.ru, этот момент всегда прорабатывается — интеграция данных о реальном осевом положении в алгоритмы регулирования для компенсации таких эффектов.

И, конечно, генераторная часть. Осевое биение передается на генераторный ротор, что может привести к нарушению воздушных зазоров, износу контактных колец, повреждению обмотки. Получается, что локальная проблема турбинной части перерастает в общеагрегатную.

Не только эксплуатация, но и ремонт

Ошибки при восстановительном ремонте — отдельная большая тема. Часто, при перезаливке упорного подшипника или шлифовке упорных поверхностей, стремятся сделать всё ?как новое?, не учитывая общую геометрию агрегата, которая за десятилетия могла измениться. Восстановили поверхность до идеала, собрали — зазор в паспортных пределах. Но! Изменилась общая осевая протяженность роторной сборки. В итоге, относительно статора ротор сместился на пару миллиметров. Этого может хватить, чтобы нарушить соосность в местах соединения с генератором или изменить характеристики проточной части.

Поэтому грамотный ремонт всегда включает в себя полный комплекс замеров геометрии роторной линии до разборки. Эти данные — отправная точка. Кстати, профильные предприятия, вроде упомянутого ООО Эмэйшань Чипинь Машиностроительное производство, имея статус национального высокотехнологичного предприятия, обычно подходят к ремонту и модернизации именно так: не просто ?поменять узел?, а провести полную диагностику и восстановить кинематическую схему в целом. Это особенно критично при увеличении мощности старых гидроагрегатов, где нагрузки растут, и требования к точности сборки повышаются на порядок.

Еще один практический совет: никогда не доверяйте одному индикатору при замере осевого зазора, особенно на крупных машинах. Ротор может быть немного перекошен. Замеры нужно делать минимум в двух диаметрально противоположных точках, а лучше в четырех. Разница в показаниях уже сама по себе является важнейшим диагностическим признаком.

Вместо заключения: философия зазора

Так к чему всё это? К тому, что осевой зазор — это не ?допуск?, а ?диапазон жизни? агрегата. Его отклонение — это не приговор, а симптом. Симптом того, что где-то идет процесс: износ, деформация, осадка. Игнорировать его — значит лечить болезнь на поздней стадии, когда счет идет уже на сотни тысяч, а то и миллионы рублей ремонта и на месяцы простоя.

Работая с разными агрегатами, от древних до современных, понимаешь, что культура эксплуатации определяется вниманием именно к таким, казалось бы, мелочам. Современные производители, те же китайские предприятия уровня технологического центра провинции, встраивают системы онлайн-мониторинга осевого положения, и это не маркетинг, а суровая необходимость для надежности. На старом же оборудовании эту культуру должен создавать персонал, вооруженный знанием, что за этой ?циферкой? стоит физика работы всей машины.

Поэтому на вопрос ?Последствия отклонения?? ответ всегда будет расплывчатым: ?От чего и насколько??. Но именно в этой расплывчатости и содержится вся суть. Это история про риск, про накопленный ущерб и про то, что настоящая надёжность рождается из внимания к деталям, которые не видны при беглом осмотре. Проверяйте, замеряйте, сравнивайте с предыдущими данными. Это единственный способ поймать проблему, пока она не превратилась в аварию.