Причины смещения ротора турбин в Китае? 

Вот вопрос, который на совещаниях часто задают слишком прямолинейно, ожидая простого списка, вроде ?плохой монтаж? или ?дефект подшипника?. На деле, если копнуть опыт, полученный на разных площадках от Синьцзяна до Юньнани, всё оказывается сложнее. Часто ищут одну ?главную? причину, а на поверку выходит цепь взаимосвязанных факторов, где проектный просчёт накладывается на монтажную спешку, а особенности эксплуатации усугубляют заводской допуск. Попробую изложить, как это обычно выглядит изнутри, без глянца.

Не только ?кривые руки? монтажников: фундаментальные и проектные предпосылки

Начну с того, что многие сразу грешат на монтажную бригаду. Да, бывает. Но часто смещение закладывается гораздо раньше. Одна из ключевых, но недооценённых причин — состояние и подготовка фундамента. Видел объекты, особенно старые, где при реконструкции или замене агрегата не проводили полноценного анализа и выравнивания фундаментной плиты. Со временем она дает усадку, причем неравномерную. Ставишь на это новый агрегат — и проблемы с соосностью, а затем и смещение ротора, становятся вопросом времени, а не случайности.

Другой момент — проектные допуски и расчёты на вибрацию. В погоне за удешевлением или из-за устаревших нормативов иногда закладывается минимальный запас прочности для вала и опор. Когда турбина выходит на нерасчётные режимы (а такое в реальной эксплуатации сетей случается сплошь и рядом — то перегруз, то работа в зоне нерекомендуемых мощностей), возникают динамические нагрузки, которые система не может компенсировать. Вал начинает ?играть?, и постепенно развивается смещение ротора. Это не мгновенная поломка, а процесс.

Здесь стоит упомянуть и о качестве самих компонентов. Не буду обобщать, но лет 10-15 назад на рынке было много предложений от кустарных кооперативов. Вал из стали с неоднородной структурой, расточка посадочных мест с перекосом — всё это шло с завода. Потом, на месте, даже идеальный монтаж не исправит такой ?подарок?. Сейчас, конечно, с этим строже, но наследие ещё встречается на многих ГЭС малой и средней мощности.

Монтаж: где теория расходится с практикой на площадке

Теперь о монтаже. Самая распространённая история — нарушение технологии сборки и центровки. По инструкции, процесс центровки — многоэтапный, требует терпения и постоянных замеров. Но на реальном объекте часто горит срок ввода, начальство давит. В результате пропускают этапы, например, не проводят окончательную проверку соосности после затяжки всех фундаментных болтов или перед заливкой бетоном подстатора. Кажется, что всё стоит ровно, а когда запускают ?на воду? — проявляется перекос.

Отдельная боль — температурная компенсация. Металл и бетон имеют разные коэффициенты расширения. Если монтаж ведётся в сильную жару или холод без учёта температурных поправок на замеры, то при выходе на рабочий температурный режим вся кинематическая схема ?уползает?. Видел случай на одной ГЭС в провинции Сычуань, где смещение проявилось только после полугода эксплуатации, как раз после смены сезонов. Искали причину в подшипниках, а дело было в монтажных допусках, сделанных зимой.

И, конечно, человеческий фактор. Недостаточная квалификация, использование неоткалиброванного инструмента (простейший пример — стрелочный индикатор часового типа с люфтом). Иногда пытаются сэкономить на вызове специализированной бригады по динамической балансировке ротора на месте, делают её ?на глазок? или по упрощённой схеме. Дисбаланс — прямой путь к биениям и ускоренному износу опор, что неизбежно ведёт к смещению.

Пример с натуры: история с подшипником скольжения

Расскажу про один конкретный инцидент, не связанный напрямую с нашей компанией, но очень показательный. На небольшой русловой ГЭС после капремонта начались сильные вибрации. Локальная бригада меняла сегментные подшипники, но не проверила геометрию посадочного места в стакане. Оказалось, оно имело конусность. Новый подшипник встал неплотно, масляный клин не формировался как надо. В результате ротор начал ?плавать? и сместился относительно статора буквально за сотни моточасов. Пришлось останавливать, растачивать стакан и делать ремонтную втулку. Потеря времени и денег — колоссальная. Это к вопросу о том, как одна мелкая небрежность (неполная диагностика перед заменой) каскадом ведёт к серьёзной проблеме.

Эксплуатация: режимы, которые ?убивают? турбину

Часто смещение — это следствие, а причина кроется в неправильной эксплуатации. Турбина, особенно гидравлическая, спроектирована для работы в определённом диапазоне мощностей и напоров. Но диспетчеры энергосистемы могут гонять её по всему диапазону, включая зоны кавитации и повышенной вибрации. Длительная работа в таких неоптимальных режимах — это постоянные ударные нагрузки на вал и подшипники. Усталостные явления накапливаются.

Ещё один бич — качество воды. Абразивный износ из-за песка в потоке. Это больше касается проточной части, но если изнашиваются уплотнения вала, нарушается балансировка потока перед рабочим колесом, что опять-таки может вызвать радиальные усилия, способствующие смещению. На ГЭС с плохой системой очистки водозабора это постоянная головная боль.

Нельзя сбрасывать со счетов и регулярное ТО. Система мониторинга вибрации часто стоит для галочки. Данные снимают раз в месяц, а то и реже, не анализируя тренды. А ведь по медленному росту уровня вибрации на определённой гармонике можно заранее предсказать развитие дефекта, в том числе и начинающееся смещение. Пока не стукнет — никто не смотрит. Культура предиктивного, а не аварийного обслужищения, увы, приживается медленно.

Взаимосвязь с другими системами: генератор и регулятор

Турбина — не изолированный агрегат. Проблема может прийти со стороны генератора. Например, ослабление посадки активной стали статора или ротора генератора, нарушение воздушного зазора. Это создаёт магнитные силы, тянущие ротор в одну сторону. Со стороны кажется, что сместился ротор турбины, а корень — в соседнем агрегате. Поэтому диагностику всегда нужно проводить комплексно.

Вторая сторона — система регулирования. Нестабильная работа регулятора частоты вращения, рывки при изменении нагрузки, ?раскачка? мощности. Резкие изменения крутящего момента тоже бьют по валу. Старые электромеханические регуляторы, которых ещё много в эксплуатации, особенно грешат этим. Их замена на современные цифровые, например, как часть услуг по модернизации, которые предлагает ООО Эмэйшань Чипинь Машиностроительное производство (с информацией можно ознакомиться на их сайте https://www.emccjx.ru), часто решает не только вопрос плавности регулирования, но и косвенно продлевает жизнь механической части, минимизируя риск смещений от ударных нагрузок.

Кстати, о модернизации. Часто при увеличении мощности старого агрегата (а это как раз профиль упомянутой компании из Сычуани) без соответствующего усиления вала и опорных узлов резко возрастают риски. Новые нагрузки старые конструкции могут не выдержать. Поэтому качественная реконструкция — это всегда комплексный пересчёт и замена ключевых элементов, а не просто установка нового рабочего колеса с большим КПД.

Резюме: это всегда системная неисправность

Так к чему же всё это? К тому, что смещение ротора турбин — это почти никогда не случайность. Это индикатор, финальная стадия какой-то более глубокой проблемы в цепочке: проект — изготовление — монтаж — эксплуатация — обслуживание. Искать нужно не ?кто виноват?, а ?где ослабло звено?.

По своему опыту скажу, что самые сложные случаи для диагностики — когда накладываются две-три малозаметные причины: чуть кривой фундамент, небольшой дисбаланс ротора и работа в зоне кавитации пару месяцев в году. По отдельности каждый фактор — в допуске. Вместе — они вызывают прогрессирующий дефект.

Вывод прост и сложен одновременно: нужен системный подход на всех этапах. От тщательного аудита перед модернизацией или ремонтом (тут могут помочь профильные предприятия, вроде ООО Эмэйшань Чипинь Машиностроительное производство, которое как раз фокусируется на гидроэнергетике) до внедрения постоянного мониторинга и строгого соблюдения режимов эксплуатации. Только так можно свести риски к минимуму. А иначе будем продолжать разбирать заклиненные агрегаты и спорить на площадке о том, кто же первый сделал ошибку.