淺析雷公口電廠1號機組主軸彎曲修復方案

摘 要：在雷公口電廠增效擴容改造過程中，1號機組轉子主軸發(fā)生彎曲現(xiàn)象。通過對發(fā)動機主軸彎曲的原因進行分析探討，提出了主軸返廠修復的具體方案，根據(jù)發(fā)電機聯(lián)軸檢測結果和試運行情況，證明了該修復方案的有效性。

關鍵詞：發(fā)動機軸;彎曲;修復方案;軸線

1 概述

南平市建陽區(qū)雷公口電廠位于建陽區(qū)麻陽溪上游黃坑鎮(zhèn)新歷村附近，距建陽城區(qū)約53 km。壩址以上集雨面積101 km2，是一座以供水為主，結合防洪、灌溉、發(fā)電等綜合作用的混合式開發(fā)的水電站。水庫總庫容為5 231萬m3，具有年調節(jié)性能。電站裝機容量2×6.5 MW，設計年發(fā)電量3 494萬kWh。

2 發(fā)現(xiàn)問題

2018年雷公口電廠對兩臺機組進行了增效擴容改造。其中，雷公口1號發(fā)電機組在現(xiàn)場安裝調試過程中發(fā)現(xiàn)轉子軸系盤車數(shù)據(jù)異常，經(jīng)過盤車檢測，當發(fā)電機上軸承處軸頸最大擺度值為0.06 mm時，其相對擺度值為0.21 mm/m;下軸承處軸頸最大擺度值為0.02 mm時，其相對擺度值為0.009 mm/m;轉子法蘭處最大擺度值為0.92 mm時，其相對擺度值為0.26 mm/m，上軸承處軸頸及轉子法蘭處相對擺度值均超出了規(guī)定的允許值（0.02 mm/m）。據(jù)此判斷主軸軸線彎曲。為了確定主軸的彎曲點，現(xiàn)場工作人員與制造廠家技術人員一起，在發(fā)電機主軸+Y方向從主軸頂端至法蘭盤的距離采用分段垂直架設9塊百分表盤車的方法，如圖1所示，檢測主軸的同心度，發(fā)電機主軸擺度測量結果如表1所示。

測量結果表明：主軸在第4點（即磁極的下端部位）發(fā)生了彎曲。

3 主軸修復

工作人員發(fā)現(xiàn)1號機發(fā)動機主軸存在彎曲問題后，業(yè)主及時召開施工、監(jiān)理、制造廠家參加的專題討論會，針對主軸彎曲問題，會上參建各方經(jīng)過充分的討論和分析，制定了兩套方案：一是返廠更換發(fā)電機主軸;二是主軸返廠通過機械加工修復。因更換發(fā)電機主軸從鍛造毛胚到精細加工是一個較復雜、費時、費工、消耗財力的系統(tǒng)工程，且該項目工期緊，按計劃在汛期來臨前需安裝安成并投產發(fā)電。因此，最后決定主軸返廠修復。

3.1? ? 原因分析

3.1.1? ? 發(fā)動機主軸產生彎曲的原因

（1）發(fā)電機軸長4.275 m，重21 t，出廠時轉子支架采用三點托架支撐方式，可能因轉子支架在托架支撐點部位水平調整不當，經(jīng)過上千公里的長途運輸，大軸產生彎曲變形。

（2）發(fā)電機軸毛坯調質中，物件在室溫時會有較長時間的內應力釋放或者高溫時短時間內殘留應力釋放的過程。因此，由于殘留應力的存在，產生大軸翹曲或變形問題。

（3）轉子支架與大軸為0.40 mm過盈配合，在熱套工藝完成后，物體由于外因（受力、濕度、溫度變化等）而發(fā)生變形，造成大軸彎曲。

3.1.2? ? 原因認定

通過對盤車數(shù)據(jù)分布的精確分析，結合熱套成熟工藝，制造廠家認為產生變形的原因如下：電機軸和水機軸在熱套前經(jīng)過了同調，因此電機軸在熱套前確認不存在應力變形。電機軸是在熱套后才發(fā)生了變形。從盤車數(shù)據(jù)分布圖可看出，如果磁扼熱套前的兩個孔軸線不同心甚至有交叉，則熱套后電機軸將產生與磁扼兩孔一致的隨型變形，即熱套后電機軸兩端的軸線度是由磁扼兩內孔的軸線度決定的。但是，磁扼孔是在鏗床上一次裝夾完成加工，兩孔的同心度滿足圖紙設計要求。車磁扼外圓時是以此孔為基準，如孔有問題將會被發(fā)現(xiàn)。根據(jù)數(shù)據(jù)分布圖及熱套經(jīng)驗，認為變形發(fā)生在熱套環(huán)節(jié)。因熱套工藝采用軸套孔方式，即將磁輪在加熱爐中加熱到適宜溫度后，將其移到機坑重軌上，然后將大軸從上插入磁扼孔中，如果磁扼在冷卻過程中收縮不均勻，則將導致軸發(fā)生偏斜。上端軸芯和下端軸芯出了磁扼后，雖然不同心且有交叉，但各自依然是直線，可推測與外力無關;相對于其他表面，磁扼冷卻速度最快發(fā)生在底部，且熱套時間在1月初，當時平均氣溫為3 ℃（環(huán)境溫度低且散熱快），又由于機坑靠近車間側門（距離約8 m）附近，當時側門雖關閉但有漏風，所以冷卻速度最快發(fā)生在面向大門一側磁扼外表面上。兩種因素綜合作用使上軸端保持垂直（該面磁扼孔最先完成收縮），使下端軸發(fā)生偏斜（該面磁扼孔最后完成收縮），造成主軸彎曲。

3.2? ? 發(fā)電機主軸處理修復方案

根據(jù)主軸變形情況，制定了以下處理方案：

3.2.1? ? 修復目標

（1）推力頭外圓，滑轉子外圓，法蘭外圓同心度達到要求;

（2）法蘭端面跳動符合要求。

3.2.2? ? 處理方案

（1）在法蘭端配反悶頭，要求悶頭與法蘭外圓過盈0.03 mm;

（2）夾集電環(huán)外圓，頂法蘭悶頭，校正推力頭外圓;

（3）初步檢查各個主要檔的外圓跳動，記錄并和原來數(shù)據(jù)比較;

（4）必要時在出線斜孔外搭中心架，防止轉速提高時影響加工精度;

（5）半精車滑轉子外圓;

（6）滑轉子外圓搭中心架，去法蘭悶頭，銑法蘭平面;

（7）回套法蘭悶頭，修中心孔，復查半精車滑轉子外圓，檢查并記錄數(shù)據(jù)：

（8）滑轉子密封外圓架中心架，法蘭、滑轉子、推力頭各檔外圓精車到位;

（9）與1號機水機軸聯(lián)軸同調;

（10）對磁扼磁極面及T型槽面進行修正;

（11）磁極掛裝及測試。

3.3? ? 聯(lián)軸檢測

聯(lián)軸是指將發(fā)電機軸與水輪機通過法蘭盤聯(lián)接，其目的是在出廠前校驗大軸軸線是否符合設計規(guī)范要求，為慎重起見，質檢人員對發(fā)電機軸加工過的表面進行同車軸度及平面度檢測，其檢測數(shù)據(jù)符合設計要求。

（1）將水輪機軸與發(fā)電機軸用螺栓連接。

（2）連軸后上20 m臥式車床，一端用卡盤卡住，另一端上頂尖，中間用一個托輥支持，調整到位后，用百分表開始測量擺度值，如圖2所示，測量結果如表2所示。

測量結果表明：發(fā)電軸和水輪機軸的軸線符合設計規(guī)范要求。

至此，發(fā)電機主軸彎曲修復工作完成，發(fā)往雷公口電廠安裝，并進行了試運行，試運行期間，機組振動正常，溫升正常。到現(xiàn)在為止，1號水輪發(fā)電機組已連續(xù)安全平穩(wěn)運行12個月。

4 結語

針對發(fā)電機主軸彎曲的情況，設備生產廠家應該加強工藝控制和檢驗，在今后的設備制造中，不斷探索新工藝，加強工藝管理和制造水平，提高設備整體質量。本文所介紹的處理方案并沒有消除發(fā)電機軸彎曲缺陷，只是解決了發(fā)電機與水輪機軸同心度問題，滿足了水輪發(fā)電機組聯(lián)軸軸線調直的要求。后續(xù)通過轉子動平衡試驗，發(fā)電機完成72 h試運行，1號機組各項運行參數(shù)滿足設計要求，機組運行穩(wěn)定，實現(xiàn)了機組設備消缺的目的。

[參考文獻]

[1] 高志清.水輪發(fā)電機組主軸彎曲的探討[J].小水電，1997（1）：34-35.

收稿日期：2019-12-20

作者簡介：盧世貴（1976—），男，福建建陽人，工程師，從事水電站機電設備運行與管理工作。