600 r/min、350 MW 級(jí)抽蓄機(jī)組上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)原因分析及處理

畢興強(qiáng)，祝家浩

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 工程概況

長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站額定水頭710 m，最大發(fā)電水頭750.7 m，最大揚(yáng)程764.1 m，單極抽蓄機(jī)組中最大發(fā)電水頭為世界第一，抽水揚(yáng)程為世界第二。電站安裝4 臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為500 r/min 和2 臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為600 r/min、單機(jī)容量350 MW 的大容量水泵水輪發(fā)電機(jī)組，電站總裝機(jī)容量2 100 MW，為全國(guó)唯一在同一個(gè)抽蓄電站廠房?jī)?nèi)連續(xù)布置兩種不同高額定轉(zhuǎn)速抽蓄機(jī)組的廠房，布置復(fù)雜程度高，機(jī)組及結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制要求較高。其中5 號(hào)、6 號(hào)機(jī)組額定轉(zhuǎn)速600 r/min、單機(jī)容量350 MW 抽水蓄能機(jī)組為該轉(zhuǎn)速下世界最大單機(jī)容量的抽水蓄能機(jī)組。

2 抽水蓄能機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)

抽水蓄能機(jī)組甩負(fù)荷試驗(yàn)是對(duì)機(jī)組設(shè)計(jì)、制造和安裝質(zhì)量的關(guān)鍵考核性試驗(yàn)，也是對(duì)機(jī)組安全可靠性的實(shí)際檢驗(yàn)。其目的主要是檢測(cè)機(jī)組甩負(fù)荷時(shí)壓力鋼管與蝸殼最大壓力上升值、尾水管真空、機(jī)組最高轉(zhuǎn)速上升值及接力器關(guān)閉規(guī)律，評(píng)價(jià)機(jī)組能否滿(mǎn)足調(diào)保計(jì)算及設(shè)備生產(chǎn)廠家關(guān)于壓力上升率、轉(zhuǎn)速上升率的設(shè)計(jì)要求，保證機(jī)組的運(yùn)行安全。

3 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)原因分析

長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站6 號(hào)機(jī)組在甩75%負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示機(jī)組上導(dǎo)軸承擺度發(fā)生突變，上導(dǎo)軸承瓦溫存在持續(xù)升高態(tài)勢(shì)，為確保安全決定停機(jī)。停機(jī)后對(duì)機(jī)組進(jìn)行整體檢查未發(fā)現(xiàn)任何異常，由于在機(jī)組甩負(fù)荷過(guò)程中只有上導(dǎo)軸承擺度及瓦溫發(fā)生明顯突變，而下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承擺度及瓦溫未發(fā)生明顯變化，結(jié)合上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子與主軸結(jié)構(gòu)（圖1）分析，初步判斷是由于上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子出現(xiàn)松動(dòng)所導(dǎo)致。

圖1 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子與主軸結(jié)構(gòu)示意圖

上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子由內(nèi)環(huán)、外環(huán)組成，內(nèi)環(huán)包繞絕緣層后與外環(huán)整體熱套至主軸上，根據(jù)機(jī)組制造廠家提供的原始材料及數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，主軸與上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)、外環(huán)的尺寸均為過(guò)盈配合，且外環(huán)相對(duì)內(nèi)環(huán)過(guò)盈量更大，目的就是確保機(jī)組在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)主軸與上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)、外環(huán)兩兩之間不發(fā)生相對(duì)位移。

為驗(yàn)證上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子出現(xiàn)松動(dòng)，采取在上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子軸向位置、徑向位置架設(shè)百分表的方式進(jìn)行盤(pán)車(chē)檢查（圖2）。

圖2 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子百分表架設(shè)示意圖

通過(guò)表1 數(shù)據(jù)可以得出，上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)一周的軸向跳動(dòng)量為0.35 mm（高點(diǎn)位置在9 號(hào)磁極，低點(diǎn)位置在4 號(hào)、5 號(hào)磁極之間，高低點(diǎn)差值即為跳動(dòng)量），結(jié)合徑向百分表讀數(shù)，可判斷上導(dǎo)滑環(huán)子確實(shí)由于松動(dòng)產(chǎn)生了傾斜。

表1 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)檢查（上導(dǎo)擺度第一次發(fā)生突變后）單位：mm

其松動(dòng)的原因可能是因?yàn)橹鬏S與上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)、外環(huán)的尺寸過(guò)盈量偏小，在甩負(fù)荷瞬間由于機(jī)組轉(zhuǎn)速驟升，巨大的離心力作用下主軸與上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)、外環(huán)之間產(chǎn)生間隙，上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子發(fā)生松動(dòng)，導(dǎo)致機(jī)組上導(dǎo)軸承擺度突變，上導(dǎo)軸承瓦溫持續(xù)升高。

4 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)處理工藝

4.1 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子加熱處理工藝

（1）對(duì)上導(dǎo)軸承瓦進(jìn)行防護(hù)，采用白布、防火篷布將其覆蓋嚴(yán)實(shí)，避免上導(dǎo)軸承瓦及上導(dǎo)油盆過(guò)熱，同時(shí)防止雜物掉入油盆。

（2）拆除上導(dǎo)軸承部位的振擺監(jiān)測(cè)裝置、上導(dǎo)軸承瓦測(cè)溫電阻等自動(dòng)化元件，將其固定于上導(dǎo)油盆外部并用白布進(jìn)行包裹防護(hù)。

（3）在上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)與外環(huán)之間安裝聯(lián)接壓板，聯(lián)接壓板內(nèi)側(cè)壓在內(nèi)環(huán)上平面，通過(guò)上、下兩個(gè)包在螺栓外的套管將聯(lián)接壓板固定于套管中間，將螺栓打緊后，可以將上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)與外環(huán)軸向固定，避免在加熱過(guò)程中產(chǎn)生相對(duì)軸向位移。

（4）在上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外側(cè)布置固定加熱塊，加熱塊與上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外環(huán)之間應(yīng)留有30~50 mm 間隙，避免在加熱過(guò)程中上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外環(huán)局部溫度過(guò)高，使其整體均勻受熱。

（5）在上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)上端面高點(diǎn)位置（9 號(hào)磁極位置）布置千斤頂，兩側(cè)及對(duì)稱(chēng)方向輔助架設(shè)千斤頂，千斤頂應(yīng)輕微受力，防止傾倒（圖3）。

圖3 聯(lián)接壓板、加熱塊、千斤頂布置圖

（6）加熱前應(yīng)架設(shè)百分表，并將百分表讀數(shù)調(diào)至“0”位，加熱過(guò)程中通過(guò)百分表讀數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。主軸架百分表1：表針軸向監(jiān)測(cè)上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)上平面，判斷在加熱過(guò)程中是否會(huì)掉落復(fù)位；上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)架百分表2：表針徑向指向主軸，用于監(jiān)測(cè)內(nèi)環(huán)相對(duì)主軸的漲量；上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外環(huán)架百分表3：表針徑向指向主軸，用于監(jiān)測(cè)外環(huán)相對(duì)主軸的漲量（圖4）。

表2 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)檢查（第一次加熱處理后）單位：mm

表3 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)檢查（機(jī)組甩75%負(fù)荷試驗(yàn)后）單位：mm

圖4 加熱過(guò)程百分表架設(shè)監(jiān)測(cè)圖

（7）對(duì)上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子進(jìn)行加熱，過(guò)程中監(jiān)測(cè)上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)與外環(huán)溫度，因內(nèi)外環(huán)之間有絕緣層存在，其傳熱效果較差，故每加熱1 h 停止加熱20 min 使外環(huán)熱量充分傳遞到內(nèi)環(huán)，盡可能保證內(nèi)、外環(huán)受熱均勻，避免外環(huán)因溫度過(guò)高燒壞絕緣層而內(nèi)環(huán)傳熱不足導(dǎo)致膨脹量不夠無(wú)法將其壓回原位。加熱過(guò)程中注意檢查千斤頂受力情況，防止因滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)下落使千斤頂產(chǎn)生松動(dòng)砸到滑轉(zhuǎn)子表面及上導(dǎo)瓦。

（8）當(dāng)滑轉(zhuǎn)子外環(huán)膨脹量達(dá)到熱套緊量0.07 mm（即外環(huán)監(jiān)測(cè)百分表3 讀數(shù)有0.07 mm 變化），且滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)有膨脹（即內(nèi)環(huán)監(jiān)測(cè)表2 讀數(shù)有變小趨勢(shì)）時(shí)停止加熱，此時(shí)四個(gè)方向的千斤頂緩緩受力將上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)壓回原位。

（9）四個(gè)方向千斤頂均勻受力后用高壓油泵操作制動(dòng)器將轉(zhuǎn)子輕微抬起，借此力量將滑轉(zhuǎn)子壓回原位。觀察記錄百分表1 讀數(shù)，重復(fù)操作1~2 次即可。

（10）冷卻過(guò)程中，待滑轉(zhuǎn)子內(nèi)、外環(huán)溫度與主軸溫度基本一致，方可拆除加熱塊、聯(lián)接壓板、千斤頂?shù)裙ぞ摺?/p>

（11）冷卻至室溫后，在上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子軸向位置、徑向位置架設(shè)百分表的方式進(jìn)行盤(pán)車(chē)檢查。通過(guò)表2數(shù)據(jù)可以得出，上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)一周的軸向跳動(dòng)量為0.13 mm，相比加熱處理前的0.35 mm 軸向跳動(dòng)量，可判斷上導(dǎo)滑環(huán)子確實(shí)發(fā)生松動(dòng)，此次處理取得成功（表2）。

（12）清理上導(dǎo)油盆并封閉上導(dǎo)油盆進(jìn)人窗。

4.2 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子加熱處理后機(jī)組甩75%負(fù)荷試驗(yàn)

上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)問(wèn)題在經(jīng)過(guò)加熱處理后得以初步解決，需重新進(jìn)行機(jī)組甩75%負(fù)荷試驗(yàn)，以驗(yàn)證此種處理方式是否能從根本上解決上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)問(wèn)題。

再次甩75%負(fù)荷試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)仍顯示機(jī)組上導(dǎo)軸承擺度發(fā)生突變，上導(dǎo)軸承瓦溫存在持續(xù)升高的態(tài)勢(shì)，故再次在上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子軸向位置、徑向位置架設(shè)百分表的方式進(jìn)行盤(pán)車(chē)檢查。

通過(guò)表3 數(shù)據(jù)可以得出，上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)一周的軸向跳動(dòng)量為0.34 mm（高點(diǎn)位置在9 號(hào)、10 號(hào)磁極之間，低點(diǎn)位置在3 號(hào)磁極，高低點(diǎn)差值即為跳動(dòng)量），相比第一次盤(pán)車(chē)檢查的0.35 mm 軸向跳動(dòng)量，可判斷上導(dǎo)滑環(huán)子再次松動(dòng)產(chǎn)生了傾斜。

4.3 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子加熱處理后加裝永久壓塊

按照上述“4.1 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子加熱處理工藝”再次進(jìn)行加熱處理，處理完成后在上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子軸向位置、徑向位置架設(shè)百分表再次進(jìn)行盤(pán)車(chē)檢查。

通過(guò)表4 數(shù)據(jù)可以得出，上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)一周的軸向跳動(dòng)量為0.14 mm，相比第一次加熱處理后的0.13 mm 軸向跳動(dòng)量，可判斷上導(dǎo)滑環(huán)子此次處理取得成功。

表4 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子盤(pán)車(chē)檢查（第二次加熱處理后）單位：mm

現(xiàn)場(chǎng)割除上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)上部的密封環(huán)后，采用安裝內(nèi)壓塊（6 瓣）和外壓塊（4 瓣）的方式對(duì)上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子進(jìn)行固定：現(xiàn)場(chǎng)研配內(nèi)外壓塊，確保內(nèi)壓塊凸止口上平面與主軸原有盤(pán)根槽的頂部平面緊密貼合，且凸止口內(nèi)徑側(cè)立面與主軸盤(pán)根槽的立面緊密貼合；內(nèi)外壓塊配合上：內(nèi)壓塊上平面及外徑側(cè)圓弧立面與外壓塊緊密貼合，且外壓塊凸止口與滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)上原有盤(pán)根槽緊密配合，外壓塊下平面與滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)上平面貼合。研配完成后，先把緊外壓塊把合螺栓，保證外壓塊與滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)最大程度貼合，在通過(guò)頂絲頂起內(nèi)壓塊，進(jìn)一步保證內(nèi)壓塊與主軸，與外壓塊配合緊固，從而確保上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)環(huán)不產(chǎn)生軸向位移（圖5）。

圖5 拆除密封環(huán)后安裝內(nèi)壓塊、外壓塊結(jié)構(gòu)示意圖

內(nèi)壓塊和外壓塊安裝完成后，對(duì)分瓣外壓塊連接處進(jìn)行氬弧焊接（圖6）。

圖6 內(nèi)壓塊、外壓塊安裝圖

5 上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)處理效果

上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子在加熱處理后采取加裝永久壓塊的方式對(duì)上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子進(jìn)行固定，再次甩75%負(fù)荷試驗(yàn)時(shí)機(jī)組上導(dǎo)軸承擺度與瓦溫均顯示正常，加裝永久壓塊的方式初見(jiàn)成效。在后續(xù)甩100%負(fù)荷試驗(yàn)中上導(dǎo)軸承擺度與瓦溫仍顯示正常，故上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)問(wèn)題從根本上得以解決。

6 總結(jié)

上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子作為機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件，其與主軸之間配合良好是機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，尤其在高轉(zhuǎn)速抽水蓄能機(jī)組中，其重要性不言而喻。

本文以長(zhǎng)龍山電站600 r/min、350 MW 級(jí)抽水蓄能機(jī)組為例，針對(duì)其在甩負(fù)荷過(guò)程中出現(xiàn)的上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行原因分析，并通過(guò)盤(pán)車(chē)的方式反復(fù)進(jìn)行確認(rèn)，最終從根本上解決上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)問(wèn)題，過(guò)程中呈現(xiàn)的加熱處理方式和加裝壓塊工藝為高轉(zhuǎn)速抽水蓄能機(jī)組提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，具有很強(qiáng)的推廣價(jià)值。