Причины отклонения осевого зазора турбины? 

Вопрос, который часто задают не с той стороны. Все ищут какую-то одну, главную причину, а на деле — это всегда клубок. И отклонение зазора — это не диагноз, а симптом. Симптом того, что где-то по цепочке монтажа, эксплуатации или самой конструкции пошло не так. Сейчас попробую разложить по полочкам, как это обычно бывает на практике, без учебниковой лабуды.

От проектной бумаги до металла: фундамент проблем

Начнем, пожалуй, с самого начала, которое многие упускают. Чертежи. Казалось бы, всё просчитано, допуски проставлены. Но вот реальная история: получаем мы ротор и статор от разных субподрядчиков (бывает и такое). Геометрия вроде в допусках, но когда начинаешь сводить всё в сборе, оказывается, что посадочные размеры бабин статора имеют небольшой, в пределах чертежа, разброс. И этот разброс, будучи в пределах нормы для каждой отдельной детали, в сумме дает ту самую пресловутую ?зону накопления погрешностей?. В итоге расчетный осевой зазор упорного подшипника уже не соответствует реальному положению ротора в пространстве. И если монтажники не замерят всё тщательно на месте, а будут слепо следовать паспортным данным, проблема вылезет позже, при пробных пусках.

Здесь же стоит упомянуть и температурные расчеты. В проекте заложена одна рабочая температура, а на ГЭС, особенно после модернизации или изменения режима работы, реальный тепловой режим узлов может отличаться. Металл расширяется иначе, чем предполагал инженер в кабинете. Особенно это касается старых агрегатов, где модернизируют часть узлов, а корпусные детали остаются прежними. Коэффициенты линейного расширения начинают играть свою партитуру, и зазор уходит.

И, конечно, банальный человеческий фактор на производстве. Недошлифованная посадочная поверхность под упорный подшипник, небольшой перекос при термоусадочной посадке бандажа — мелочи, которые в теории не должны пройти ОТК, но на практике иногда проскакивают. Потом всё это ложится на плечи монтажной бригады.

Монтаж: где теория встречается с реальностью

А вот это — самое ?богатое? на причины поле. Можно иметь идеальные детали, но смонтировать их с отклонением. Основное — это базовые плоскости. Если фундаментная плита или станина имеют локальный перекос, который не выявили при подготовке, то вся последующая центровка пойдет по кривой. Выставляешь ротор по гидродинамическому подшипнику, всё идеально, а осевой зазор упорного уже не тот. Потому что ось вращения оказалась немного наклонена относительно проектной.

Вторая частая ошибка — последовательность затяжки крепежа. Особенно крупных фланцевых соединений статора или крышек. Если тянуть болты не по схеме, а как придется, можно запросто ?повести? корпусные детали. Это микроскопические деформации, но их достаточно, чтобы изменить положение опорных поверхностей. Сам видел, как после неграмотной затяжки крышки подшипника зазор на одном краю упорного сегмента отличался от другого на 0.15 мм. Пришлось раскручивать и переделывать.

И, наконец, инструмент. Использование домкратов для юстировки без точных индикаторных стоек, замер зазоров щупом вместо индикатора часового типа — всё это источники погрешности. Данные в журнале монтажа есть, а реальное положение вещей — немного иное. Потом, при обкатке, когда все детали ?притрутся? и займут свои рабочие позиции, это и вылезет в виде отклонения от паспортного осевого зазора турбины.

Эксплуатация: то, что накапливается годами

Здесь причины уже не мгновенные, а ?ползучие?. Первый враг — вибрация. Постоянная вибрация, даже в пределах нормы, но действующая годами, приводит к микроподвижке фундаментных болтов, осадке отдельных точек опоры, ослаблению стяжек. Конструкция потихоньку ?дышит?, и геометрия нарушается. Особенно это актуально для агрегатов, работающих в нерасчетных режимах, например, часто запускающихся и останавливающихся.

Износ. Это очевидно, но не всегда очевидно, где именно. Изнашивается не только упорный подшипник (баббитовый слой или сегменты), но и, что важно, опорные поверхности. Например, пятно контакта на станине, где сидит корпус упорного подшипника. Постепенная проточка, эрозия металла меняет высоту установки всего узла. А это прямой путь к изменению зазора.

Третий момент — ремонты и вмешательства. Допустим, меняли сегменты упорного подшипника. Новые сегменты, даже от того же производителя, могут иметь немного другую высоту (в пределах допуска). Суммарно это дает отклонение. Или после ремонта гидроагрегата не провели полную повторную центровку, ограничились проверкой по месту ремонта. Такое тоже бывает, когда гонятся за сроками. Вспоминается случай на одной из наших модернизаций, когда после замены упорного узла от стороннего поставщика пришлось делать дополнительные регулировочные прокладки, потому что сборочный размер ?не лег? идеально. Это к слову о важности комплексного подхода и ответственности поставщика за весь узел, а не за отдельные детали.

Конструктивные и системные нюансы

Есть причины, которые заложены в самой схеме агрегата. Например, в вертикальных гидроагрегатах с подпятником на крышке турбины огромное влияние оказывает состояние турбины и её вала. Прогиб вала под весом ротора и гидравлической нагрузкой — величина переменная. Если вал изначально имеет остаточную неуравновешенность или биение, то при вращении картина осевого положения меняется. Зазор, замеренный статически, при работе будет другим.

Гидравлические силы. В некоторых типах турбин (особенно поворотно-лопастных) осевая составляющая гидравлических сил может быть значительной и переменной в зависимости от напора и угла установки лопастей. Если упорный подшипник и его система смазки не рассчитаны на такой переменный режим, возможно ?плавание? ротора в осевом направлении, которое можно принять за отклонение зазора. На самом деле, это недостаточная жесткость или демпфирование системы.

Термические деформации в сборе. Ротор генератора греется сильно, статор — иначе, корпус турбины — по-третьему. Вся эта конструкция — набор деталей с разными температурными полями. При переходных процессах (пуск, останов, изменение нагрузки) они расширяются с разной скоростью. Временное отклонение зазора в таких условиях — это норма. Но если оно выходит за рамки и не возвращается к исходному значению после выхода на тепловой режим — это уже проблема. Нужно смотреть на систему охлаждения, циркуляцию масла в подшипнике.

Диагностика и практический подход

Как с этим работать? Первое — не паниковать и не пытаться сразу регулировать зазор, подкладывая прокладки. Это последнее дело. Нужно понять природу отклонения. Начинаем с проверки истории: были ли ремонты, удары, изменения в режиме работы станции. Затем — комплекс замеров. Не только зазор, но и биение вала в нескольких сечениях, зазоры в гидроподшипниках, уровень вибрации, температура масла и подшипников в разных точках.

Очень помогает телеметрия, если она есть. Построение графиков осевого положения ротора в зависимости от нагрузки и температуры. Иногда выясняется, что ?отклонение? носит циклический характер и связано, например, с суточными изменениями нагрузки на агрегат. Это уже вопрос к системе регулирования и настройкам АСУ ТП.

Если же проблема механическая, то алгоритм стандартен: отключить, расстопорить, проверить базовые плоскости (станину, плиты), провести повторную центровку ?от нуля?. Часто после этого выясняется, что причина была в накопленной монтажной погрешности, которую раньше компенсировали, а теперь она вышла за пределы. Что касается поставщиков, то здесь важно работать с теми, кто отвечает за агрегат в сборе и имеет опыт. Например, когда мы на ООО Эмэйшань Чипинь Машиностроительное производство беремся за модернизацию или поставку гидроагрегата, то всегда проводим полный перерасчет и моделирование тепловых и силовых режимов для конкретной станции, чтобы минимизировать такие риски. Их профиль как раз включает и производство, и модернизацию, что подразумевает глубокий анализ существующих условий. Подробнее об их подходе можно посмотреть на https://www.emccjx.ru.

В итоге, хочу сказать, что отклонение осевого зазора — это почти никогда не авария. Это индикатор. Индикатор того, что в системе управления, монтажа или обслуживания агрегата появилась небольшая, но системная слабина. Искать нужно не как устранить симптом (это просто), а что его вызвало. Иначе через полгода история повторится, но уже, возможно, с более серьезными последствиями для турбины и подшипникового узла. Работайте не с последствиями, а с причинами. Пусть и звучит это как прописная истина, но на практике ей следуют далеко не все.