抽水蓄能電站非金屬導葉軸瓦加工工藝淺析

田 凡，惠振國，王煥河，張成華，穆君雄，沈浩瑋，王華信

（湖北白蓮河抽水蓄能有限公司，湖北 黃岡 438600）

0 引言

抽蓄單位采用軸瓦的設(shè)備部件主要集中在導葉、球閥樞軸等旋轉(zhuǎn)部位，主要分為金屬材質(zhì)與非金屬材質(zhì)，金屬材質(zhì)軸瓦多采用金屬自潤滑型式，根據(jù)安裝部位尺寸定制，大部分金屬軸瓦在安裝現(xiàn)場不需要進行二次加工直接安裝。非金屬材質(zhì)軸瓦主要有Orkot，Ptfe等，非金屬軸瓦在現(xiàn)場需要根據(jù)實際安裝尺寸進行冷凍精加工。

金屬材質(zhì)軸瓦以金屬作為基體，具有良好的減摩、耐磨與減震性能。較非金屬材質(zhì)具有更好的機械強度，同時具有固體潤滑的優(yōu)良性能，但因自身材質(zhì)導致軸瓦重量較非金屬材質(zhì)更重，制作成本一般也更高。非金屬材料軸瓦成品較為輕便，可承受一定沖擊載荷，可塑性、跑合性良好，耐磨、耐腐蝕，成本相較于金屬自潤滑軸瓦要低。兩種材質(zhì)軸瓦可以根據(jù)電站不同使用部位、不同溫度、濕度、動作頻次等因素進行選用。系統(tǒng)內(nèi)寶泉公司、蓮蓄公司等單位的導葉軸瓦均采用了Orkot-txmm非金屬材料，該材料在水中熱膨脹系數(shù)為小于壁厚的0.1%，能夠較好滿足現(xiàn)場應(yīng)用需求。

本文提供了湖北白蓮河抽水蓄能電站（簡稱蓮蓄電站）活動導葉上、中、下非金屬軸瓦加工工藝，并介紹了加工過程中可能存在的主要問題及解決思路，對同類電站具有一定的借鑒意義。

1 導葉軸瓦介紹

蓮蓄電站活動導葉共計20個，導葉為控制環(huán)集中控制，設(shè)上、中、下3部軸承，單個導葉總高度2 902.2 mm，葉片高度794 mm，單個導葉重量2 179 kg，導葉材料為ASTM A743 CA6 NM，導葉上軸頸設(shè)計值為290e8，中軸頸及下軸頸為310e8，自投產(chǎn)以來總體運行情況良好，軸瓦未發(fā)生燒損、斷裂等問題。2019年3號機組A修，對導葉軸瓦進行了拆卸、檢查及更換，軸瓦檢查總體情況良好，大部分軸瓦的磨損值在正常范圍內(nèi)，檢查情況見圖1。

圖1 導葉下軸瓦

2 現(xiàn)場加工流程

現(xiàn)場安裝軸瓦需要將軸瓦嵌套安裝進軸鋼套內(nèi)，軸瓦與鋼套采用過盈配合，防止軸瓦與鋼套出現(xiàn)相對滑動。主要流程如下：

2.1 拆除導葉上、中、下軸瓦

（1）拆除導葉套筒，破拆內(nèi)部導葉上軸瓦及中軸瓦。

（2）待導葉、頂蓋及轉(zhuǎn)輪吊出后，逐個破拆導葉下軸瓦。

（3）拆除后的導葉軸瓦統(tǒng)一放置。

2.2 導葉上、中、下軸頸測量

（1）使用外徑千分尺分別對導葉上、中、下軸頸進行測量并做記錄。

（2）為確保數(shù)據(jù)準確由不同人員進行復(fù)測并記錄數(shù)據(jù)。

（3）整合兩次測量數(shù)據(jù)，確認最終導葉上、中、下軸頸數(shù)值。

（4）加工前對電廠所采購的導葉軸瓦進行尺寸（高度、內(nèi)徑、外徑）復(fù)測，確保所加工的軸瓦規(guī)格正確。

2.3 導葉上、中軸瓦內(nèi)徑加工方法

（1）先利用液氮將上軸瓦、中軸瓦進行冷凍，分別安裝在對應(yīng)的導葉套筒內(nèi)，冷凍時間約15 min。

（2）將導葉套筒運至加工廠，按照加工尺寸進行軸瓦的內(nèi)徑加工。

上、中軸瓦內(nèi)徑加工尺寸說明：導葉加工設(shè)計圖中允許間隙值為-0.191~-0.11 mm，軸瓦內(nèi)徑公差值為0~+0.052 mm，即間隙值為0.11~0.243 mm。本次加工選擇間隙值為0.20 mm，即每個軸瓦內(nèi)徑加工尺寸為對應(yīng)的導葉外徑尺寸各增加0.20±0.02 mm。

2.4 導葉下軸瓦內(nèi)徑加工方法

（1）將20個導葉套筒以及兩套由廠家提供的工裝運至加工廠，準備足夠的液氮。

（2）先利用液氮將下軸瓦進行冷凍，冷凍時間約10~15 min。

（3）將冷凍后的下軸瓦迅速安裝在工裝上，待恢復(fù)到環(huán)境溫度后進行內(nèi)徑加工。

（4）按照加工尺寸進行下軸瓦的內(nèi)徑加工。

下軸瓦內(nèi)徑加工尺寸說明：導葉加工設(shè)計圖中允許間隙值為-0.191~ -0.11 mm，下軸瓦內(nèi)徑公差值為0~+0.052 mm，即間隙值為0.11~0.243 mm。本次加工選擇間隙值為0.17~0.20 mm，即每個下軸瓦內(nèi)徑加工尺寸為對應(yīng)的導葉外徑尺寸各增加0.17~0.20±0.02 mm。

（5）導葉下軸瓦加工過程中，先按照本加工尺寸說明加工兩個導葉下軸瓦，運回現(xiàn)場進行回裝實驗，使用液氮冷凍下軸瓦15 min迅速安裝至底環(huán)中，待恢復(fù)到環(huán)境溫度后將導葉回裝，導葉回裝后如間隙符合要求，則按照本加工尺寸說明繼續(xù)加工剩余的導葉下軸瓦，如回裝后間隙不符合要求則按照實際情況對加工尺寸說明進行相應(yīng)調(diào)整。

（6）下軸瓦內(nèi)徑加工尺寸計算見表1。

表1 下軸瓦內(nèi)徑加工尺寸計算表

2.5 導葉上、中、下軸瓦加工后測量調(diào)整

（1）加工后的導葉軸瓦對其進行內(nèi)徑測量，對每個導葉軸瓦分上、中、下3個部位進行測量，每個部位對稱測量4個點，并記錄測量數(shù)據(jù)。

（2）將測量后的導葉軸瓦內(nèi)徑與實際導葉外徑進行對比檢查是否滿足間隙要求。

（3）導葉軸瓦回裝后若局部間隙不符合，對局部導葉軸瓦使用砂紙或磨光機進行打磨使其符合標準要求。

3 加工過程中存在的主要問題

（1）蓮蓄電站下軸瓦鋼套與底環(huán)軸套孔為過盈配合，其中下軸瓦尺寸為389g6，底環(huán)軸套孔尺寸為389H7，配合間隙為0.018~0.111 mm，鋼套與底環(huán)嚴密貼合，無法拔出，在機組A修過程中嘗試利用千斤頂?shù)裙ぞ甙纬鲣撎?，均未成功，若需拔出鋼套則要進行破拆。

解決思路：制作與鋼套尺寸一致的圓形工裝，兩瓣采用螺栓把合、銷釘定位?，F(xiàn)場加工時用工裝替代鋼套進行冷凍加工，加工完成后松開工裝，對加工好的軸瓦再次進行冷凍、安裝，工裝實體如圖2、圖3。

圖2 下軸瓦工裝

圖3 原工裝

（2）在加工廠進行軸瓦加工時發(fā)現(xiàn)工裝存在形變，軸瓦在機床上無法定中心。

解決思路：經(jīng)過多次測量發(fā)現(xiàn)原工裝在軸瓦冷套后存在形變，分析為原工裝厚度不足（20 mm）、工裝兩瓣把合定位銷釘數(shù)量不夠（每把合面1顆），更換厚度較大的工裝（厚度40 mm）及增加把合面定位銷釘（2顆）和止口解決該問題，原工裝如圖3，新工裝如圖4。

圖4 新工裝

（3）部分軸瓦加工完成后檢測圓度發(fā)現(xiàn)不符合設(shè)計公差要求，經(jīng)過現(xiàn)場測量及分析發(fā)現(xiàn)部分鋼套本身圓度存在問題，按照標準公差放量加工后軸瓦圓度也不滿足要求。

解決思路：對所有鋼套內(nèi)徑尺寸進行復(fù)核，加工時按照偏差下限進行加工，軸瓦安裝后進行復(fù)測，對超標部分現(xiàn)場手工進行精磨修正。

5 結(jié)語

本文提供了湖北白蓮河抽水蓄能電站活動導葉上、中、下非金屬軸瓦加工工藝，并介紹了加工過程中可能存在的主要問題及解決思路，對國內(nèi)同類電站具有一定的借鑒意義。