惠州抽水蓄能電站5號機(jī)組推力頭處理

張曉東，李 巧

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明650032）

1 工程概述

惠州抽水蓄能電站（以下簡稱：惠蓄電站）是廣東省興建的第二座大型抽水蓄能電站，也是目前已建的世界特大型抽水蓄能電站之一。電站位于廣東省惠州市博羅縣城郊，分A、B廠建設(shè)，各安裝4臺法國ALSTOM水電公司生產(chǎn)的立式單級混流式水泵水輪機(jī)-發(fā)電電動機(jī)組，單機(jī)容量（發(fā)電工況）300 MW，總裝機(jī)容量2 400 MW。

2 機(jī)組推力軸承結(jié)構(gòu)

惠蓄電站推力軸承布置在上機(jī)架中心體上，包括推力頭、卡環(huán)、鏡板、12塊推力瓦、推力軸承支承結(jié)構(gòu)等構(gòu)成。機(jī)組盤車分為發(fā)電機(jī)單獨(dú)盤車和機(jī)組整體盤車，盤車過程中通過刮削卡環(huán)來消除機(jī)組轉(zhuǎn)動部分所產(chǎn)生的軸線偏差。推力軸承結(jié)構(gòu)如圖1所示。

3 現(xiàn)場存在的問題

在5號機(jī)推力頭安裝前按施工程序?qū)ο嚓P(guān)尺寸進(jìn)行了測量，結(jié)果見表1和下頁圖2。

通過計算推力頭與大軸有0.31 mm的過盈量。同時，在數(shù)據(jù)測量完成后，發(fā)現(xiàn)推力頭高度（H值）比設(shè)計值高了0.41 mm，在推力頭熱套過程中，卡環(huán)將無法安裝，為此推力頭由廠家外送進(jìn)行加工，廠家確定的加工位置為推力頭上平面。

加工后5號機(jī)自2010年1月14日開始至2010年1月22日共進(jìn)行了10次發(fā)電機(jī)單獨(dú)盤車，刮磨卡環(huán)8次，機(jī)組軸線變幻無常，詳見下頁表2。

圖1 推力軸承結(jié)構(gòu)圖

表1 5號機(jī)推力頭及瓶狀軸測量數(shù)據(jù)

圖2 推力頭及瓶狀軸測量部位示意圖

表2 發(fā)電機(jī)單獨(dú)盤車擺度值變化情況

盤車數(shù)據(jù)始終無法達(dá)到設(shè)計要求。

4 原因分析

根據(jù)上述異常情況，我們對可能因素進(jìn)行分析如下：

（1）盤車擺度較大的可能原因

1）軸心線與推力頭下平面不垂直；

2）鏡板上下平面不平行；

3）被外送加工過的推力頭上平面未能達(dá)到設(shè)計要求，其一是不平度＞0.02 mm；其二是與孔軸線垂直度超差。

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，以上偏差均可利用刮削卡環(huán)的辦法進(jìn)行調(diào)整。

（2）首次盤車前檢查了推力頭與卡環(huán)之間無間隙，根據(jù)下端軸下法蘭處最大擺度進(jìn)行了研刮，繼續(xù)盤車發(fā)現(xiàn)：

1）大軸擺度數(shù)據(jù)有變化，但變化無規(guī)律；

2）推力頭與卡環(huán)之間產(chǎn)生了間隙。

推力頭與卡環(huán)之間之所以產(chǎn)生間隙，分析推力頭與主軸過盈量太大使得推力頭與軸抱的太緊可能是其主要原因。

5號機(jī)測得過盈量與其他機(jī)組進(jìn)行了比較，見表3。

廠家確認(rèn)的瓶狀軸加工直徑為Φ870.15 mm，與設(shè)計圖紙標(biāo)示的Φ870 h7，即為明顯不符（數(shù)據(jù)查找依據(jù)為《機(jī)械設(shè)計手冊》），而且與其他各臺機(jī)組比較其過盈量確是最大。

表3 5號機(jī)與其他機(jī)組過盈量對比表 單位：mm

圖3 推力頭結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)我們以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及其他抽水蓄能電站實(shí)際控制尺寸，我們建議主軸的過盈量按0.10～0.15 mm控制為宜，即當(dāng)主軸軸頸為Φ870.11 mm時，推力頭內(nèi)孔直徑應(yīng)控制在為宜，至多按控制。

（3）如若推力頭外圓與內(nèi)孔不同心，也會影響盤車測量及擺度的計算，如圖4所示。

設(shè)推力頭外圓與內(nèi)孔（即主軸軸心）的偏心距為e，盤車時上導(dǎo)軸瓦在推力頭的外圓上，這樣，外圓之中心就成為盤車時主軸的旋轉(zhuǎn)中心，而主軸中心則以偏心距e為半徑繞外圓中心轉(zhuǎn)動。偏心距e對法蘭處所測的軸中心的擺度：

δ=σ+2e

式中：δ-法蘭處全擺度測值；

σ-主軸軸線與推力頭摩擦面不垂直造成的全擺度，也就是卡環(huán)刮磨的參照值。

因此，在計算卡環(huán)最大刮削量時，剔除偏心距e（或不同心度）的影響，其計算結(jié)果才是正確的。所以熱套推力頭之前，對推力頭外圓與內(nèi)孔的不同心度，或熱套推力頭之后，用測圓架檢測推力頭外圓與軸心的偏心距e，根據(jù)設(shè)計圖紙及目前的加工工藝，個人認(rèn)為出現(xiàn)此情況的可能不大，但在當(dāng)時情況下，此種情況也在考慮范圍內(nèi)。

圖4 推力頭與主軸偏心圖

（4）其他問題

1）卡環(huán)經(jīng)多次刮磨，其上下平面的平面度已經(jīng)與設(shè)計要求（圖5）相去甚遠(yuǎn)，如若未進(jìn)行高精度加工處理是難以再繼續(xù)使用的。

圖5 卡環(huán)機(jī)構(gòu)示意圖

2）由于推力頭與主軸存在過盈量，在刮磨卡環(huán)后應(yīng)采取推力頭加溫未冷卻的同時，即裝入卡環(huán)并轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)子重量，使推力頭上平面與卡環(huán)緊密接觸無間隙，才可能收到糾正轉(zhuǎn)動平面與軸線不垂直的效果。因此，推力頭在熱狀態(tài)下的上平面不應(yīng)阻礙卡環(huán)入槽。如若由于加工誤差出現(xiàn)這種情況，應(yīng)對推力頭內(nèi)孔下部（見圖6之“B面”）進(jìn)行切削加工。

3）當(dāng)然，刮磨后卡環(huán)的局部高點(diǎn)也是一個可能影響盤車擺度的因素，必須嚴(yán)格執(zhí)行每刮完一遍就重新涂一層藍(lán)丹，用平板推磨檢驗(yàn)并采用砂布、細(xì)油石磨平高點(diǎn)的工藝措施。

4）同時，我們還注意到，推力頭與卡環(huán)接觸的結(jié)合面加工十分粗糙（見圖7（a）），需進(jìn)行精磨達(dá)到與卡環(huán)相同的精度Δ1.6而不應(yīng)是Δ6.3。

圖6 推力頭結(jié)構(gòu)圖

圖7 推力頭上平面兩次加工對比

5 處理方法

根據(jù)5號機(jī)盤車情況推力頭的相關(guān)尺寸進(jìn)行了分析，最終確定的處理方案是對推力頭與瓶狀軸過盈配合的位置進(jìn)行加工處理，同時對推力頭上平面及卡環(huán)進(jìn)行研磨加工，以滿足相關(guān)的設(shè)計要求。加工后的推力頭上平面精度滿足 Δ1.6，（見圖 7（b）），推力頭與瓶狀軸配合位置通過加工滿足過盈配合要求，推力頭內(nèi)孔下部（見圖6之“B面”）進(jìn)行切削加工約1 mm，滿足高度要求，卡環(huán)平面進(jìn)行研磨處理。通過對幾個關(guān)鍵部位的加工處理后，推力頭順利完成套裝和盤車工作。

6 結(jié)論

惠蓄電站5號機(jī)推力頭通過處理后盤車順利完成，同時也驗(yàn)證了相關(guān)分析的必要性和正確性，目前惠蓄電站5號機(jī)組已投入商業(yè)運(yùn)行，機(jī)組各工況運(yùn)行良好?；菪铍娬?號機(jī)推力頭的處理方案，為今后類似機(jī)組安裝提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。