水輪發(fā)電機(jī)組鏡板研磨技術(shù)探討

【摘要】水輪發(fā)電機(jī)組檢修時(shí)按傳統(tǒng)的方法對(duì)磨損較嚴(yán)重的鏡板進(jìn)行研磨修復(fù)，很難達(dá)到鏡面平面度和粗糙度的技術(shù)要求，而改用半精研磨—精研磨—拋光的方法，可獲得鏡板表面平面度≤0.01mm，粗糙度≤Ra0.2的良好效果。

【關(guān)鍵詞】鏡板；研磨

一、前言

鏡板是中、大型立式水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承（圖1）的關(guān)鍵部件之一，它和推力軸承瓦構(gòu)成摩擦副。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，它承受機(jī)組的全部軸向負(fù)荷，大型機(jī)組總負(fù)荷甚至可達(dá)103～104KN，按單位壓力換算一般都在4～6MPa，而潤(rùn)滑推力軸承的油膜厚度只有0.03～0.07mm，因此對(duì)鏡板的鏡面（摩擦表面）要求較嚴(yán)格，平面度≤0.01mm，粗糙度Ra0.2。

研磨鏡板是水電站在水輪發(fā)電機(jī)組大修時(shí)不可缺少的項(xiàng)目。大修前，一般機(jī)組至少已經(jīng)過(guò)6-8年的運(yùn)行，其鏡板因長(zhǎng)時(shí)間在重載下摩擦而磨損，鏡面的平面度和粗糙度都會(huì)變差。如何通過(guò)研磨鏡板來(lái)修復(fù)鏡面，使其平面度和粗糙度恢復(fù)到原始的良好狀態(tài)，是擺在檢修技術(shù)人員面前的一個(gè)課題。

二、傳統(tǒng)的研磨鏡板方法及發(fā)現(xiàn)的問題

目前，國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)水電站研磨鏡板都是采用包有細(xì)毛氈（或法蘭呢）和白布的研磨專用平板作研具，用W5～W10氧化鉻（綠膏）配制成的研磨劑，進(jìn)行電動(dòng)或人工研磨，直至形成“鏡面”為止（以下稱“傳統(tǒng)的研磨方法”）。

圖2為常用的電動(dòng)研磨機(jī)。將水輪發(fā)電機(jī)的推力軸承座放置水平，在軸承座上圓周均布三個(gè)承重螺栓，裝入推力軸瓦或臨時(shí)性墊塊，把待研磨的鏡板的鏡面朝上吊放在這三個(gè)支點(diǎn)上，調(diào)正、調(diào)水平，用包有毛氈和白布的兩根長(zhǎng)條形研具對(duì)稱地放在鏡面上并與轉(zhuǎn)臂連接，當(dāng)研磨機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)臂旋轉(zhuǎn)時(shí)，研具即對(duì)鏡面進(jìn)行研磨。

福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司下屬三個(gè)水電站：（1）街面電站：水輪發(fā)電機(jī)鏡板規(guī)格φ2450mm（外徑）/φ1520mm（內(nèi)徑）×180mm（厚度）；（2）雍口電站：鏡板規(guī)格φ2020/φ1150×120；（3）水東電站：鏡板規(guī)格φ1700/φ800×120。以前機(jī)組A級(jí)檢修時(shí)，主要采用人工現(xiàn)場(chǎng)研磨鏡板或?qū)㈢R板外送主機(jī)廠研磨，2008年設(shè)計(jì)、制造一臺(tái)能適合于三種規(guī)格鏡板的研磨機(jī)（圖3）。利用該研磨機(jī)用傳統(tǒng)的研磨方法對(duì)水東電站4號(hào)機(jī)鏡板進(jìn)行研磨后，按經(jīng)驗(yàn)采用肉眼檢驗(yàn)鏡面，鏡面“光亮照人”，即判斷該鏡板研磨合格。為進(jìn)一步證實(shí)研磨效果，使用1級(jí)精度500mm刀口尺沿半徑方向和垂直半徑方向測(cè)量鏡面直線度，用TR210手持式粗糙度儀測(cè)量鏡面粗糙度后發(fā)現(xiàn)：所測(cè)的直線度誤差都大于0.01mm，工作表面的粗糙度Ra1.0～Ra1.6。

通過(guò)分析認(rèn)為：用細(xì)毛氈包裹的研具進(jìn)行研磨，不能改變鏡面的形狀精度；W5～W10氧化鉻粒度太細(xì)，只能用于精研磨鏡面，雖然能去除微傷痕，改善表面粗糙度獲得光亮光滑表面，但用其研磨粗糙度較差的鏡面，降低粗糙度效果不明顯。由此說(shuō)明：用傳統(tǒng)的研磨方法對(duì)磨損較嚴(yán)重、平面度超差、粗糙度>Ra0.8的鏡板進(jìn)行研磨修復(fù)，很難使鏡面平面度和粗糙度恢復(fù)到原始的良好狀態(tài)。

三、研磨鏡板技術(shù)的改進(jìn)

改進(jìn)后的方法是：分半精研磨—精研磨—拋光三個(gè)工藝對(duì)鏡板進(jìn)行研磨。半精研磨目的是去除鏡面上的傷痕，銹蝕等缺陷，提高平面度達(dá)0.01mm，降低粗糙度至≤Ra0.4；精研磨的目的是進(jìn)一步降低鏡面粗糙度達(dá)Ra0.2；拋光方法同上述傳統(tǒng)的研磨方法，目的是獲得光亮光滑鏡面。半精研磨和精研磨所使用的研磨盤（研具）不包毛氈和白布，其工作面直接與鏡面對(duì)研，切掉鏡面上的凸峰。提高鏡板表面的平面度，降低表面粗糙度。

研具是保證鏡面精度的重要因素，它一方面把本身的幾何形狀復(fù)映給鏡面，另一方面又是研磨劑的載體。研磨盤直徑應(yīng)大于鏡板環(huán)的寬度，其工作面要求：平面度≤0.005mm，表面粗糙度≤Ra0.2。并要求組織結(jié)構(gòu)細(xì)致均勻，有較高的穩(wěn)定性和耐磨性，較好的嵌存磨料的性能，硬度稍軟于鏡面等，同時(shí)在研磨盤工作面開有溝槽，以利于將多余的研磨劑刮去，保證鏡面與研磨盤直接接觸，使鏡面獲得較高平面度。

磨料在研磨中起切削作用，研磨加工的效率、精度和表面粗糙度都與磨料有密切的關(guān)系。根據(jù)鏡板的材料、硬度選擇合適的研磨微粉并根據(jù)半精研磨和精研磨的需要選擇不同的微粉粒度。

研磨時(shí)，研磨運(yùn)動(dòng)應(yīng)使鏡面各點(diǎn)均有相近的被切削條件，任一點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡不出現(xiàn)周期性重復(fù)。研磨效率隨研磨壓力和研磨速度的提高而增大，正確選擇研磨壓力和速度可明顯提高研磨效果。

按此方法，對(duì)水東電站4號(hào)機(jī)鏡板進(jìn)行重新研磨，在連續(xù)32小時(shí)的研磨后，測(cè)得鏡面平面度誤差≤0.01mm，粗糙度Ra0.10～Ra0.2。

四、小結(jié)

1、用傳統(tǒng)的研磨方法，對(duì)磨損較嚴(yán)重、平面度超差、粗糙度>Ra0.8的鏡板進(jìn)行研磨修復(fù)，很難達(dá)到理想的效果。

2、正確設(shè)計(jì)研磨盤，合理選擇磨料和研磨參數(shù)，采取半精研磨—精研磨—拋光三個(gè)工藝對(duì)鏡板研磨?？梢赃_(dá)到鏡面平面度≤0.01mm，粗糙度≤Ra0.2的要求。

參考文獻(xiàn)

[1]白延年.水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算.機(jī)械工業(yè)出版社，1982

[2]林亞一.水輪發(fā)電機(jī)組的安裝與檢修.中國(guó)水利水電出版社，2000年

[3]孟少農(nóng)主編.機(jī)械加工工藝手冊(cè).機(jī)械工業(yè)出版社，1991年

作者簡(jiǎn)介

林孝財(cái)，福建水口發(fā)電集團(tuán)有限公司尤溪檢修分公司經(jīng)理助理，工程師、高級(jí)技師.