淺析雷公口電廠1號機(jī)組主軸彎曲修復(fù)方案

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

關(guān)鍵詞：發(fā)動機(jī)軸;彎曲;修復(fù)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(jié)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(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)容量2×6.5 MW，設(shè)計(jì)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(jī)組進(jìn)行了增效擴(kuò)容改造。其中，雷公口1號發(fā)電機(jī)組在現(xiàn)場安裝調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸系盤車數(shù)據(jù)異常，經(jīng)過盤車檢測，當(dāng)發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(diǎn)，現(xiàn)場工作人員與制造廠家技術(shù)人員一起，在發(fā)電機(jī)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(shè)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(jī)主軸擺度測量結(jié)果如表1所示。

測量結(jié)果表明：主軸在第4點(diǎn)（即磁極的下端部位）發(fā)生了彎曲。

3 主軸修復(fù)

工作人員發(fā)現(xiàn)1號機(jī)發(fā)動機(jī)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(jī)主軸;二是主軸返廠通過機(jī)械加工修復(fù)。因更換發(fā)電機(jī)主軸從鍛造毛胚到精細(xì)加工是一個較復(fù)雜、費(fèi)時、費(fèi)工、消耗財(cái)力的系統(tǒng)工程，且該項(xiàng)目工期緊，按計(jì)劃在汛期來臨前需安裝安成并投產(chǎn)發(fā)電。因此，最后決定主軸返廠修復(fù)。

3.1? ? 原因分析

3.1.1? ? 發(fā)動機(jī)主軸產(chǎn)生彎曲的原因

（1）發(fā)電機(jī)軸長4.275 m，重21 t，出廠時轉(zhuǎn)子支架采用三點(diǎn)托架支撐方式，可能因轉(zhuǎn)子支架在托架支撐點(diǎn)部位水平調(diào)整不當(dāng)，經(jīng)過上千公里的長途運(yùn)輸，大軸產(chǎn)生彎曲變形。

（2）發(fā)電機(jī)軸毛坯調(diào)質(zhì)中，物件在室溫時會有較長時間的內(nèi)應(yīng)力釋放或者高溫時短時間內(nèi)殘留應(yīng)力釋放的過程。因此，由于殘留應(yīng)力的存在，產(chǎn)生大軸翹曲或變形問題。

（3）轉(zhuǎn)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(rèn)定

通過對盤車數(shù)據(jù)分布的精確分析，結(jié)合熱套成熟工藝，制造廠家認(rèn)為產(chǎn)生變形的原因如下：電機(jī)軸和水機(jī)軸在熱套前經(jīng)過了同調(diào)，因此電機(jī)軸在熱套前確認(rèn)不存在應(yīng)力變形。電機(jī)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(jī)軸將產(chǎn)生與磁扼兩孔一致的隨型變形，即熱套后電機(jī)軸兩端的軸線度是由磁扼兩內(nèi)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?jiān)O(shè)計(jì)要求。車磁扼外圓時是以此孔為基準(zhǔn)，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(yàn)，認(rèn)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(jī)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(dǎo)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(guān);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(dāng)時平均氣溫為3 ℃（環(huán)境溫度低且散熱快），又由于機(jī)坑靠近車間側(cè)門（距離約8 m）附近，當(dāng)時側(cè)門雖關(guān)閉但有漏風(fēng)，所以冷卻速度最快發(fā)生在面向大門一側(cè)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(jī)主軸處理修復(fù)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(fù)目標(biāo)

（1）推力頭外圓，滑轉(zhuǎn)子外圓，法蘭外圓同心度達(dá)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(zhuǎn)速提高時影響加工精度;

（5）半精車滑轉(zhuǎn)子外圓;

（6）滑轉(zhuǎn)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(fù)查半精車滑轉(zhuǎn)子外圓，檢查并記錄數(shù)據(jù)：

（8）滑轉(zhuǎn)子密封外圓架中心架，法蘭、滑轉(zhuǎn)子、推力頭各檔外圓精車到位;

（9）與1號機(jī)水機(jī)軸聯(lián)軸同調(diào);

（10）對磁扼磁極面及T型槽面進(jìn)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(jī)軸與水輪機(jī)通過法蘭盤聯(lián)接，其目的是在出廠前校驗(yàn)大軸軸線是否符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，為慎重起見，質(zhì)檢人員對發(fā)電機(jī)軸加工過的表面進(jìn)行同車軸度及平面度檢測，其檢測數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。

（1）將水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)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(diào)整到位后，用百分表開始測量擺度值，如圖2所示，測量結(jié)果如表2所示。

測量結(jié)果表明：發(fā)電軸和水輪機(jī)軸的軸線符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

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

4 結(jié)語

針對發(fā)電機(jī)主軸彎曲的情況，設(shè)備生產(chǎn)廠家應(yīng)該加強(qiáng)工藝控制和檢驗(yàn)，在今后的設(shè)備制造中，不斷探索新工藝，加強(qiáng)工藝管理和制造水平，提高設(shè)備整體質(zhì)量。本文所介紹的處理方案并沒有消除發(fā)電機(jī)軸彎曲缺陷，只是解決了發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)軸同心度問題，滿足了水輪發(fā)電機(jī)組聯(lián)軸軸線調(diào)直的要求。后續(xù)通過轉(zhuǎn)子動平衡試驗(yàn)，發(fā)電機(jī)完成72 h試運(yùn)行，1號機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了機(jī)組設(shè)備消缺的目的。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 高志清.水輪發(fā)電機(jī)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(jī)電設(shè)備運(yùn)行與管理工作。