某抽水蓄能机组下导轴承盖板固定螺栓脱落原因分析

卢 彬，李甲骏，昌杰朋，赵晓明，刘 肖

（河北张河湾蓄能发电有限责任公司，河北 石家庄 050300）

张河湾抽水蓄能电站是一座日调节纯抽水蓄能电站，共安装4台立轴单级混流可逆式水泵水轮机组，机组单机容量250 MW，总装机容量为1 000 MW。以一回500 kV线路接入河北南部电网，承担系统调峰、填谷、调频、调相及事故备用等任务。我厂发电电动机生产厂家为日本富士，型号为GDH7057S－09。发电电动机为立轴、半伞式、三相、50 Hz、空冷、可逆式、同步发电电动机。发电电动机有发电(G)、抽水(P)、发电调相(GC)、抽水调相(PC)、停机(SS)5种稳定工况，另外还设有拖动（BTB）、黑启动（BS）、线路充电（LC）等特殊工况。机组发电方向（发电、发电调相、线路充电工况）运行时，机组旋转方向为顺时针，机组抽水方向(抽水、抽水调相工况)运行时，旋转方向为逆时针。

1 故障情况概述

2016年1月9日，某电站在机组定检过程中对推力及下导上油盆盖进行检修时，发现下导轴承的轴承盖板固定螺栓(M16，8.8级）脱落10根，且集中于-Y方向，其中在内油盆盖上找到2根脱落螺栓，其余8根未发现，推测已落入推力内油盆中。2根脱落螺栓的丝扣上，带有从下导轴承盖板支座上咬下的母材，其中1根达4圈之多，脱落螺栓及所带出母材见图1。

下导轴承盖板为8块均分，共32颗垂直把合螺栓，10根螺栓脱落，已近把合螺栓的三分之一，对下导瓦盖上剩余22颗螺栓进行检查，发现脱落螺栓区域附近的螺栓均有不同程度的松动现象，在此情况下，下导轴承存在极大的松动风险，若继续运行，可能会造成下导瓦的严重损坏，必须立即开展检修。

图1 脱落螺栓及所带出母材

在下导瓦盖拆开吊起后，运维人员经过测量发现：瓦盖厚度32 mm、母材螺孔深度50 mm（其中丝扣部分约40 mm）；瓦盖32颗螺栓中30颗螺栓长度为50 mm，2颗为45 mm，2颗45 mm的螺栓均为脱落的螺栓；脱落的螺栓螺纹上均带有丝扣，长的丝扣约有10 mm，短的约5 mm，螺栓上的弹簧垫片约4.5 mm、平垫约2 mm，螺栓安装部位和分布见图2。

经与调度沟通，将机组转为D级检修，对下导瓦盖板进行拆解检查，盖板拆除后对下导瓦及轴领进行检查，未发现异常情况。同时打开推力观察孔，在推力下油盆处发现全部8颗螺栓及弹簧垫和垫圈。

图2 （a） 下导轴承盖板螺栓位置

图2 （b） 下导轴承盖板脱落螺栓分布

经过计算分析，发现脱落的10颗螺栓里，与母材把合部分丝扣长的约为50-30-4.5-2=11.5 mm，短的约为45-30-4.5-2=6.5 mm；而国标要求M16的螺栓把合长度应不低于16×1.25=20 mm。

查阅相关资料及与发电机厂家沟通后，确定原因为M16螺栓把合长度不合格，同时油盆内不应使用弹簧垫圈的锁紧方式，最终决定将把合螺栓加长10 mm至60 mm，并改变原有螺栓锁紧方式，取消原有平垫圈和弹簧垫锁紧方式，改为采用1 mm厚单耳止动垫片锁紧，60 mm的螺栓把合长度约为60-32-1=27 mm,满足国标要求，紧固力矩参考M16/8.8级螺栓把合国家标准，确定为206 N·m。

2 故障原因分析

在机组运行过程中，机组旋转过程中大轴与下导瓦在接触时会产生一股横向的撞击力，该力道传送到挤压楔子板处，由于楔子板是有角度的，导致形成向上的冲击力，而瓦盖是与楔子板固定的，这股冲击力就带动瓦盖向上冲击，经过机组长时间运行，加上瓦盖螺栓把合不够，就导致了螺栓咬下丝扣脱落的现象，判断先是2根45 mm的螺栓脱落，而后附近的50 mm的螺栓开始脱落，脱落区域在逐步扩大。

同时厂家通过核对施工图纸，确认下导瓦盖螺栓处不应使用弹簧垫片，应只用一个锁定片。

直接原因：M16螺栓把合长度不合格，同时油盆内不应使用弹簧垫圈的锁紧方式。

间接原因：机组在安装期间，施工队伍未严格按照国家标准及厂家图纸资料施工，错误的使用M16×50螺栓，甚至包含2颗M16×45，同时在油盆内部使用弹簧垫作为螺栓防松动措施，暴露了施工过程中工艺要求不严格，对螺栓的使用疏于管理。

3 防范措施

（1）结合机组定检，通过内窥镜检查下导轴承瓦盖螺栓是否存在螺栓松动及脱落现象，如有发现，及时申请检修，针对性消缺。

（2）结合机组C级及以上检修，对其他机组下导轴承瓦盖螺栓进行全面拆卸检查，对螺栓把合长度不满足要求的和使用弹簧垫圈防松的螺栓进行更换。

（3）对螺栓的使用做到举一反三，检查机组各个部位螺栓把合长度，螺栓的使用做到严格管理，杜绝施工过程中的麻痹大意。

4 结束语

小螺栓引发大缺陷的案例屡见不鲜。机组重要部位固定螺栓的采购、安装或更换过程中，除了做好硬度测量、光谱检验、理化试验、无损检测外，还需在基建安装阶段、运维检修阶段结合机组检修复核螺栓尺寸和力矩，对螺栓的把合长度做到严格管理，严格按照图纸及国家力矩标准施工，提高螺栓安装工艺及监督，杜绝因螺栓质量或安装不达标引起的安全事故。同时在机组运行阶段，要做到精心维护，发现异常情况及时分析处理，保证设备的良好运行状态。