農(nóng)體健

（南寧發(fā)電設(shè)備公司，廣西南寧530031）

淺談拆裝懸吊式水輪發(fā)電機(jī)組推力頭的新方法

農(nóng)體健

（南寧發(fā)電設(shè)備公司，廣西南寧530031）

主要介紹了懸吊式水輪發(fā)電機(jī)組在安裝與檢修過程中，利用加熱升溫的辦法來套裝、拆卸推力頭的工藝，對(duì)拆裝推力頭的工作具有較好的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

懸吊式機(jī)組；推力軸承；推力頭；溫度計(jì)算；熱套；拆卸

懸吊式水輪發(fā)電機(jī)組的推力軸承位于轉(zhuǎn)子之上，上機(jī)架中，其裝配簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定，廣泛應(yīng)用于小直徑、高轉(zhuǎn)速的機(jī)組。該機(jī)型的推力軸承由推力頭、推力瓦、鏡板、剛性支柱螺釘?shù)炔糠纸M成，不僅是機(jī)組承重部件之一，同時(shí)也巧妙利用自身的位置特點(diǎn)，將機(jī)組重量通過推力軸承本身傳遞給上機(jī)架，再由上機(jī)架轉(zhuǎn)移到混凝土基礎(chǔ)部分［1］。

推力頭作為推力軸承的重要部件，業(yè)內(nèi)人士都親切的稱它為“小轉(zhuǎn)子”。其材質(zhì)多為鍛鋼，機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，起著承受、傳遞軸向力和扭轉(zhuǎn)力的先導(dǎo)作用，是受力繁重、精度要求很高的零件，與主軸的軸頸配合后不允許有任何不良的松動(dòng)情況發(fā)生。為了方便運(yùn)輸以及不影響轉(zhuǎn)子支架、磁極等其它零部件與主軸的配裝，在主軸上完成配車、精加工后的推力頭需要拆卸拔離主軸，待到電站安裝時(shí)，才將推力頭套裝回主軸上；檢修時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)推力頭有松動(dòng)或者需要拆裝和調(diào)整其它零部件，同樣需要起拔推力頭。由于推力頭的安裝質(zhì)量直接影響到機(jī)組運(yùn)行時(shí)的擺度、振動(dòng)的大小，因此如何可靠、安全的拆裝推力頭一直是水輪發(fā)電機(jī)組安裝檢修工作的攻克難點(diǎn)之一［1］。

以廣西A電站為例，淺析在安裝與檢修機(jī)組的過程中，南寧發(fā)電設(shè)備公司的技師們巧妙利用加熱升溫的辦法拆裝推力頭的工藝過程。

1　廣西A電站簡(jiǎn)介

廣西A電站總裝機(jī)容量：2×12.5 MW

發(fā)電機(jī)組型號(hào)：SF12.5-24/4600

水輪機(jī)組型號(hào)：ZZ550-LJ-280

額定功率：12.5/15.625 MW/MVA

額定電壓：10 500 V

額定電流：859.15 A

額定轉(zhuǎn)速：250 r/min

其中推力頭基本參數(shù)：

最大外徑：￠1220mm

與主軸配合三段內(nèi)徑：￠408 mm、￠416 mm、￠410 mm

重量：2 214 kg

該電站推力頭材質(zhì)為鍛鋼35，與主軸采用普通平鍵C型連接，基孔制過盈配合，一共有3處配合尺寸，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1　推力頭結(jié)構(gòu)示意圖

2　套裝、拆卸推力頭新方法——加熱升溫

2.1熱套推力頭的可行性分析

用加熱升溫的辦法來套裝零部件的工作，俗稱“熱套”。根據(jù)熱脹冷縮的原理，通過加溫，使推力頭的內(nèi)孔產(chǎn)生膨脹，原本加工尺寸中推力頭與主軸的過盈配合臨時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙配合；只要利用吊車起吊推力頭，調(diào)整推力頭與主軸對(duì)正后，即可下落推力頭，一次套裝到底。推力頭熱套到位后，在靜待溫度自然冷卻的過程中，推力頭與主軸的間隙配合又轉(zhuǎn)變?yōu)檫^盈配合，使得推力頭緊抱主軸，達(dá)到套裝、抱緊的目的［2］。

這種熱套的辦法既避免了傳統(tǒng)人工套裝時(shí)借助大錘敲擊，硬套推力頭的耗時(shí)費(fèi)力，又無須擔(dān)心對(duì)稱方向敲擊時(shí)，力度會(huì)因人不同而造成推力頭與主軸配合段間隙不均勻或前進(jìn)速率不一致導(dǎo)致套裝失敗的后果。

（1）加溫前的測(cè)量

加溫前，推力頭應(yīng)吊掛在吊車的掛鉤上，在同一室溫下，用同一只內(nèi)徑千分尺測(cè)量推力頭3段配合尺寸￠408 mm、￠416 mm、￠410 mm，每個(gè)截面上根據(jù)X、Y方向?qū)ΨQ測(cè)得兩組數(shù)據(jù)；同樣，在主軸上各對(duì)應(yīng)位置也用同一只外徑千分尺進(jìn)行測(cè)量。通過測(cè)量，檢查推力頭和主軸的配合尺寸應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，倒角的徑向和軸向配合應(yīng)當(dāng)合適，然后再確定推力頭配合孔徑膨脹量。

（2）加溫計(jì)算

加溫的計(jì)算采用如下公式：ΔT＝K/（αD0）［3］

式中：

ΔT為加熱的溫升（℃）；

K為人為選定推力頭配合孔徑膨脹量，一般取0.20～0.50 mm，該例取0.20；

α為鋼材的膨脹系數(shù)，α=1.1×10-6（℃-1）；

D0為室溫下推力頭與主軸配合的孔徑；該例取最小配合尺寸￠408 mm；

因此，熱套A電站的推力頭需要加溫：

ΔT=0.20/（1.1×10-6×408）≈45℃

考慮裝配現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境溫度，

T=ΔT+T0+Δt

式中，

T為套裝推力頭實(shí)際應(yīng)該達(dá)到的溫度（℃）；

ΔT為加熱的溫升（℃）；根據(jù)前式的計(jì)算，取45℃；

T0為裝配現(xiàn)場(chǎng)室溫，該例取25℃；

Δt為考慮套裝推力頭準(zhǔn)備工作前可能下降的溫度，該例忽略不計(jì)。

因此，熱套A電站推力頭實(shí)際應(yīng)該達(dá)到的溫度為：

T=45+25+0=70℃

（3）電熱總?cè)萘抗浪?/p>

如果采用電加熱的方法時(shí)，其電熱總?cè)萘靠筛鶕?jù)下式進(jìn)行估算：

（4）具體實(shí)施熱套的工藝

加溫前，應(yīng)對(duì)推力頭與主軸間的切向鍵進(jìn)行研配。研配時(shí)可用角磨機(jī)適當(dāng)修磨平鍵的毛刺、飛邊。為防止修磨過度，發(fā)生不平行、扭角的現(xiàn)象，只允許單邊修磨鍵。最終鍵能輕輕推入槽內(nèi)，并能上下移動(dòng)，研配好后裝在主軸上。

如電站條件良好，砌有熱烘爐的，可以將推力頭整體吊入熱烘爐內(nèi)加熱，使推力頭整體在加熱環(huán)境中均勻的受熱，溫度的監(jiān)測(cè)也較為方便——只需監(jiān)視熱烘爐上的溫度變化情況即可。因A電站加溫條件簡(jiǎn)陋，因此選擇了10 kW功率的電阻爐進(jìn)行加溫，電阻爐直徑可略小于推力頭端面法蘭￠1 220 mm.為了防止加溫過程中受外部環(huán)境影響，應(yīng)選用厚厚的石棉布圍攏住推力頭進(jìn)行保溫，具體加溫示意如圖2所示。

式中，

P為電熱總?cè)萘浚╧W）；

K0為熱損失系數(shù)，有良好保溫條件時(shí)，可取K0=2.0～2.5；該例取2.0；

G為推力頭的重量；該推力頭設(shè)計(jì)重量為2 214 kg；

Δt為加熱升溫速度；根據(jù)實(shí)際情況，該例取15℃/h；

C為熱容量，鋼材C=0.12 kcal（kg.℃）；

A為功率熱當(dāng)量，A=0.24 kcal（S.kW）；

因此，A電站推力頭加熱所需的電熱總?cè)萘繛?

圖2　推力頭加溫示意圖

加溫的速度不宜太快，溫升一般控制在15～20℃/h.經(jīng)過4～5 h的加溫，推力頭溫度達(dá)到70℃時(shí)，維持恒定溫度2～3 h以保證推力頭受熱均勻、膨脹同步，然后切掉電源。用專用內(nèi)徑千分尺檢查孔徑膨脹量，達(dá)到要求后用吊環(huán)扭緊至推力頭上端面本身設(shè)計(jì)有4-M48工藝孔進(jìn)行起吊。吊鉤調(diào)整推力頭使得鍵槽與裝在主軸上的平鍵對(duì)正后，下降吊鉤，靠自重將推力頭一次性套裝到位；熱套到位后，待溫度降至室溫時(shí)才能安裝卡環(huán)。

2.2拆卸推力頭

（1）傳統(tǒng)拆卸推力頭的方法和優(yōu)缺點(diǎn)

傳統(tǒng)拆卸推力頭的方法是加工一套拔推力頭的專用工具：2根方頭螺桿、1塊頂板和2顆固定頂板于主軸頂端的螺栓。操作時(shí)，人工利用板手收緊對(duì)稱方向的方頭螺桿，方頭螺桿被逼緊到位后仍繼續(xù)受到外力的擰緊，由于反作用力的原故，方頭螺桿拉動(dòng)推力頭向外移動(dòng)，脫離主軸，從而完成起拔過程，具體如圖3所示。

圖3　傳統(tǒng)拆卸推力頭示意圖

傳統(tǒng)拆卸方法的優(yōu)點(diǎn)是：操作簡(jiǎn)單、工具簡(jiǎn)易。缺點(diǎn)是：起拔推力頭的整個(gè)過程是主軸與推力頭內(nèi)孔配合表面相互摩擦的過程，由于受人為因素的影響，在對(duì)稱方向上產(chǎn)生的拉力大小和作用時(shí)間極易出現(xiàn)不同步，從而造成單邊側(cè)拉的現(xiàn)象，加大起拔失敗的風(fēng)險(xiǎn)；因?yàn)槭羌兪止こ隽Q緊板手，僅是擰緊的時(shí)間就消耗1～2 h，因此勞動(dòng)強(qiáng)度較大，速度慢、費(fèi)時(shí)耗力。

（2）改進(jìn)傳統(tǒng)拆卸工藝

拆卸A電站的推力頭時(shí)，發(fā)電設(shè)備公司的師傅們?cè)谘赜脗鹘y(tǒng)拆卸工具原理的基礎(chǔ)上再增加預(yù)熱的環(huán)節(jié)來起拔推力頭。同樣是利用熱脹冷縮的原理，當(dāng)推力頭加熱到一定溫度時(shí)，推力頭與主軸之間的過盈配合臨時(shí)改變?yōu)殚g隙配合，由于是整體發(fā)生膨脹，所以整個(gè)配合圓周表面的間隙是均勻的，這就避免由于單邊拉力過大或者對(duì)稱方向不均勻受力，產(chǎn)生應(yīng)力集中區(qū)表面被卡澀、剪切面受磨損，甚至是拉傷配合面、別出毛刺的現(xiàn)象。同時(shí)再增設(shè)一套液壓千斤頂，以輕松提升千斤頂起升桿的方式代替費(fèi)力的人力擰緊螺桿，減少了勞動(dòng)強(qiáng)度、加快起拔速度。

（3）預(yù)熱前的準(zhǔn)備工作

機(jī)組檢修時(shí)需要拆卸、起拔已經(jīng)套裝在主軸上的推力頭，此時(shí)如果再用熱烘爐或電阻爐對(duì)推力頭進(jìn)行預(yù)熱都是不太可行的，因此可以選用另一種簡(jiǎn)單的加熱裝置——履帶式電加熱毯。市面上普通的履帶式電加熱毯都具有彎曲性好、拆裝簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，專用于管道、環(huán)形設(shè)備的預(yù)熱、保溫，有的最高溫度甚至可達(dá)到1 000℃左右。因此加熱時(shí)只需在推力頭整個(gè)圓周外部包裹一層電加熱毯即可，如有必要，也可多層包裹。電熱毯之間采用并聯(lián)接法，接好后全部接入電源控制柜。為了保溫，同樣需要在推力頭外圓用厚厚的石棉布圍攏、包裹。拆卸推力頭的溫度也適用熱套時(shí)的加溫公式：ΔT＝K/（αD0）進(jìn)行計(jì)算，此處不再贅述。預(yù)熱前將2根M48螺桿對(duì)稱扭緊至推力頭上端面2-M48工藝孔；將厚約30 mm，長(zhǎng)度大于或等于推力頭外徑的長(zhǎng)條形頂板、液壓千斤頂準(zhǔn)備就緒。

（4）具體實(shí)施拆卸的工藝

在利用電加熱毯預(yù)熱的過程中，于主軸端面的起吊孔和推力頭上端面的工藝孔內(nèi)分別插上溫度計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)兩者間的溫差。如溫差過小，說明兩者溫度相似，難以達(dá)到間隙配合所需的膨脹量，因此需要對(duì)主軸采取相應(yīng)的降溫措施，通常使用壓縮空氣對(duì)準(zhǔn)主軸中心孔吹氣降溫。當(dāng)溫度達(dá)到70℃時(shí)，保溫2～3 h后切斷電源，開始拆卸推力頭。

拆卸推力頭時(shí)，將事先準(zhǔn)備好的液壓千斤頂置于主軸、推力頭前端，再用頂板、螺母碼緊于2根M48螺桿之間。操作液壓千斤頂使起升桿緩慢升高，當(dāng)起升桿升到一定高度時(shí)，受反作用力的作用，螺桿帶動(dòng)推力頭向外移動(dòng)，拔離主軸。具體操作詳如意圖4所示。

圖4　利用液壓千斤頂拆卸推力頭示意圖

3　結(jié)束語

通過計(jì)算確定預(yù)熱所需的溫度和電熱容量，從而保證了拆裝推力頭時(shí)間隙配合所需的膨脹量。這種利用加熱升溫的辦法配合使用液壓千斤頂、螺桿等拆裝工藝，改變了傳統(tǒng)人工錘擊、硬拔的粗爆方式，既減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，又加快拆裝速度。A電站2臺(tái)套機(jī)組安裝時(shí)均采用熱套法套裝推力頭，根據(jù)最終機(jī)組盤車數(shù)據(jù)顯示，推力頭熱套很成功，沒有松動(dòng)的現(xiàn)象，是符合水輪發(fā)電機(jī)組的安裝技術(shù)規(guī)范要求的；4年后機(jī)組大修時(shí)又通過預(yù)熱起拔、拆卸推力頭，經(jīng)對(duì)推力頭與主軸配合表面詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)其表面光滑、無拉傷、無毛刺，效果非常理想。南寧發(fā)電設(shè)備公司多年來一直延用這種工藝拆裝懸吊式機(jī)組的推力頭，既節(jié)省安裝成本，縮短檢修周期，又保證了產(chǎn)品的外觀質(zhì)量、設(shè)備完好，具有經(jīng)濟(jì)、技術(shù)雙重效果，這對(duì)類似機(jī)型、相同結(jié)構(gòu)的推力頭安裝與檢修工作具有很好的實(shí)用推廣價(jià)值和拋磚引玉的啟發(fā)作用。

［1］于蘭階.水輪發(fā)電機(jī)組的安裝與檢修［M］.北京：中國(guó)水利水電出版社，1995.

［2］GB8564-2003，水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范［S］.

［3］中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理學(xué)會(huì)主編.熱處理手冊(cè)［Z］. 2008.

Discussion on the New Method of the ThrustHead of the Suspension Type Hydraulic Turbine Generator

NONG Ti-jian
（Nanning Power Equipment Company，Nanning 530031，China）

This papermainly introduces the suspension type hydro generating unit in the process of installation and maintenance，the heating way to suit，removing and thrust head technology，work on dismantling the thrust head has a good reference value and guiding significance.

suspension unit；thrust bearing；thrust head

TM 312

B

1672-545X（2016）05-0146-04

2016-02-09

農(nóng)體?。?982-），女，廣西寧明縣人，助理工程師，大專，南寧發(fā)電設(shè)備公司重型裝配車間技術(shù)員。