（東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川省德陽(yáng)市618000）

0 引言

某電站共裝有5臺(tái)大型混流式水輪發(fā)電機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)為半傘式結(jié)構(gòu)，設(shè)置有上導(dǎo)軸承和下導(dǎo)軸承，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速75 r/min，型號(hào)為SF350-80/18900，單機(jī)額定功率為350MW，電站總裝機(jī)容量1750 MW[1][2]。水輪發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承主要由下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子、下導(dǎo)軸承瓦、楔子板、油槽密封蓋、冷卻器及擋油管組成[3]。根據(jù)發(fā)電機(jī)主軸外徑尺寸，對(duì)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)徑尺寸進(jìn)行配加工，再通過(guò)熱套將下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子與主軸結(jié)合成一體，最后下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同發(fā)電機(jī)主軸一起加工外圓面[4]。下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子：最大外徑φ2720mm、高855mm，重7920kg，發(fā)電機(jī)主軸：最大外徑φ3000mm、高6695mm，重97115kg，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸熱套設(shè)計(jì)緊量雙邊0.13～0.16mm，下導(dǎo)擺度波動(dòng)、擺度值偏大的問(wèn)題，最大擺度達(dá)到了0.6mm，大于國(guó)標(biāo)（GB/T 7894—2009）要求的0.3mm[5]，同時(shí)主軸上還有下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子上竄的痕跡。出現(xiàn)問(wèn)題期間，對(duì)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外徑尺寸、下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸之間間隙檢查，發(fā)現(xiàn)滿足圖紙要求[6]。調(diào)整下導(dǎo)瓦間隙，在下導(dǎo)瓦瓦溫不超過(guò)報(bào)警值調(diào)節(jié)下，下導(dǎo)擺度約0.5mm，仍大于國(guó)標(biāo)要求的0.3mm。電站其他4臺(tái)機(jī)組下導(dǎo)擺度滿足國(guó)標(biāo)要求。

1 原因分析

下導(dǎo)軸承及下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)詳見(jiàn)圖1。

圖1 下導(dǎo)軸承裝配圖Figure 1 Lower guide bearing assembly

根據(jù)下導(dǎo)運(yùn)行情況，通過(guò)對(duì)機(jī)組進(jìn)行重新盤車，對(duì)可能造成下導(dǎo)擺度偏大的因素逐一排查，最終初步判斷主要原因是5號(hào)機(jī)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸間熱套緊量偏小。機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，在離心力和慣性力的作用下，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子有一個(gè)向外變形和向上爬升的趨勢(shì)[7]，另外，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子大部分泡在熱的潤(rùn)滑油中，同時(shí)同下導(dǎo)瓦摩擦生熱，這樣在下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸間存在一個(gè)溫差，根據(jù)滑轉(zhuǎn)子熱膨脹系數(shù)及尺寸，可以計(jì)算出，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸存在1K溫差的情況下，滑轉(zhuǎn)子相對(duì)主軸會(huì)產(chǎn)生約0.01mm的單邊間隙。一旦滑轉(zhuǎn)子同主軸溫差較大、向外膨脹量與向外變形量之和超過(guò)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸間熱套緊量時(shí)，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子即會(huì)相對(duì)主軸向上爬升，同時(shí)造成下導(dǎo)擺度波動(dòng)和偏大問(wèn)題[8]。

2 處理過(guò)程

如何才能阻止下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子上竄及擺度偏大的問(wèn)題？在下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子上施加一個(gè)軸向力、一直壓著下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子是一種有效的解決思路，按照這種思路，有兩種方法，一種即在主軸上焊接擋塊，用擋塊壓著下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子，阻止其上竄，但這種方法可能不能解決下導(dǎo)擺度偏大的問(wèn)題；另外一種方法就是加大下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸間的配合緊量，利用配合緊量產(chǎn)生的內(nèi)力來(lái)克服下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子上竄力。該方法雖能徹底解決下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子上竄及擺度偏大的問(wèn)題，但處理周期長(zhǎng)、處理難度大?？紤]到離機(jī)組正式檢修期還有近半年的時(shí)間，為不耽誤機(jī)組的正常發(fā)電，對(duì)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)先進(jìn)行臨時(shí)處理，即在主軸上加焊擋塊，等到正式檢修期之后再進(jìn)行徹底處理，即加大下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸間的配合緊量。

2.1 臨時(shí)處理

臨時(shí)處理方案：在主軸圓周方向上均勻布置12個(gè)擋塊，擋塊的下端與下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子靠緊，上端同主軸搭焊。同時(shí)，擋塊外側(cè)鉆攻有螺紋孔，在擋塊上設(shè)置螺栓，頂在下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子上端面，通過(guò)該螺栓，即可調(diào)節(jié)12個(gè)擋塊的水平度，保證下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子軸線不傾斜，擰緊螺母后，通過(guò)螺栓防止下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子上竄，方案詳圖見(jiàn)圖2。

采用臨時(shí)處理方案后，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子不再軸向往上竄動(dòng)，機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行后，下導(dǎo)擺度不再波動(dòng)，基本維持在0.5mm左右。對(duì)于臨場(chǎng)方案，需定期檢查擋塊上端焊縫是否有裂紋，下導(dǎo)擺度一旦加大，需停機(jī)檢查。

2.2 徹底處理

如前文所述，徹底處理方案就是加大下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸間配合緊量，最直接的方法就是更換下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子，但這樣處理周期長(zhǎng)、成本高。通過(guò)借鑒汽輪機(jī)軸系的處理經(jīng)驗(yàn)，決定采用熱噴涂金屬材料3D打印方法，即在在下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)徑處噴涂一層同母材接近的材料，提高下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸的配合緊量[9-10]。機(jī)組檢修期間，對(duì)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子徹底處理按如下過(guò)程進(jìn)行。

圖2 下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子臨時(shí)處理方案Figure 2 Temporary disposal scheme of lower guide bearing collar

2.2.1 拆下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子前機(jī)組盤車檢查

在拆下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子之前，檢查先前裝的擋塊正常，焊縫無(wú)開(kāi)裂現(xiàn)象，檢查滑轉(zhuǎn)子與大軸軸向配合面無(wú)間隙（0.02mm塞尺不能通過(guò)），確認(rèn)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子處于正常位置。隨后，對(duì)機(jī)組進(jìn)行盤車，每轉(zhuǎn)動(dòng)22.5°測(cè)量1組數(shù)據(jù)，共測(cè)量8組數(shù)據(jù)，結(jié)果如表1所示。由表中數(shù)據(jù)可以看出：下導(dǎo)擺度在正常范圍內(nèi)，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子處于正常位置。

表1 下導(dǎo)盤車數(shù)據(jù)Table 1 Data analysis of axis alignment of lower guide bearing 0.01mm

2.2.2 下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子取出

為保證返廠加工后的下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸完好配合，取下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子之前，先在主軸及下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子上打好位置配對(duì)標(biāo)記?，F(xiàn)場(chǎng)通過(guò)布置兩圈加熱片對(duì)滑轉(zhuǎn)子進(jìn)行加熱，加熱時(shí)間1.5小時(shí)，主軸同滑轉(zhuǎn)子溫差約12K時(shí)，利用4個(gè)5t葫蘆在監(jiān)控周向位移的情況下一次順利取出下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子。

2.2.3 下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸配合尺寸檢查

對(duì)拆下的下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子和主軸，用內(nèi)徑千分尺，分別測(cè)量各自配合段的尺寸，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸測(cè)量位置一一對(duì)應(yīng)，且同拆滑轉(zhuǎn)子前位置一致，每90°測(cè)量1組數(shù)據(jù)，分別測(cè)量4組數(shù)據(jù)，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2和表3。

表2 下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸配合段尺寸Table 2 Dimensions of guide bearing collar at the cooperation with generator shaft mm

表3 主軸同下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子配合段尺寸Table 3 Dimensions of generator shaft at the cooperation with guide bearing collar mm

由表2和表3數(shù)據(jù)可得下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸配合緊量：

其中式中2.158為下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)徑基本尺寸（單位為m），0.01為滑轉(zhuǎn)子熱膨脹系數(shù)，1.5為下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸測(cè)量溫差（單位為℃）。

下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸測(cè)量出的實(shí)際緊量0.028mm遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)值0.13～0.16mm，一旦下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子同主軸存在4K的溫差，兩者間即無(wú)緊量，實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)情況同前期問(wèn)題分析基是本吻合。另外，同測(cè)溫的數(shù)據(jù)可以看出，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)圓與主軸軸頸圓度趨勢(shì)一致，后續(xù)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子加工只需以內(nèi)徑尺寸最為基準(zhǔn)加工即可，主軸不需任何處理。這樣，大大節(jié)約了主軸的運(yùn)輸和重新加工成本。

2.2.4 下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子找正

下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子返廠后，將下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子上立車進(jìn)行找正檢查（每22.5°測(cè)量1組數(shù)據(jù)，共測(cè)量8組數(shù)據(jù)），檢測(cè)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子軸頸內(nèi)圓與其工作面的同軸度，結(jié)合工地測(cè)量的下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)圈與主軸配合面尺寸，結(jié)果如表4所示。

表4 下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子找正數(shù)據(jù)Table 4 Alignment data of lower guide bearing 0.01mm

由表4中數(shù)據(jù)可以得到如下結(jié)論：

（1）通過(guò)數(shù)據(jù)分析計(jì)算，內(nèi)圈與主軸配合面上、下中心找正偏差分別為0.0110mm和0.0098mm，滿足加工找正精度要求。

（2）下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外圈的工作面與下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)圈與主軸配合面的中心偏差分別為0.1917mm和0.2367mm，方向一致。

（3）下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子原加工工序：先進(jìn)行內(nèi)圓加工，然后熱套至主軸，熱套后在臥車上再次以大軸兩端法蘭面為基準(zhǔn)，進(jìn)行精車下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外圓工作面。

此次下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子返廠加工，仍以內(nèi)圈為基準(zhǔn)，加工找正基準(zhǔn)帶，可保證此次處理同處理前下導(dǎo)靜態(tài)擺度一致。

2.2.5 下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)圓噴涂金屬層

下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)圓噴涂方法采用超音速電弧噴涂，噴涂材料采用與下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子母材鍛鋼35A相似的304不銹鋼φ1.6mm絲材，噴涂厚度為0.5mm，噴涂時(shí)間約48h。為防止噴涂過(guò)程中下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子變形過(guò)大，噴涂過(guò)程中控制下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子溫度不超過(guò)150℃。噴涂完后，涂層同母材結(jié)合強(qiáng)度大于30MPa，涂層表面平整，色澤一致，硬度范圍HV299～434，硬度壓痕周圍沒(méi)有產(chǎn)生可見(jiàn)裂紋，涂層殘余應(yīng)力小，韌性和加工性能好。

2.2.6 下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子噴涂后加工

下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子噴涂后，根據(jù)加工出的找正基準(zhǔn)帶進(jìn)行重新找正中心，并以滑轉(zhuǎn)子與大軸的止口為基準(zhǔn)找同軸度（拆下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子前檢查此處無(wú)間隙），同時(shí)將下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子與主軸的配合緊量由0.028mm增大至0.25～0.30mm，對(duì)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子內(nèi)外圓進(jìn)行精加工。

2.2.7 下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子工地重新熱套

（1）工地現(xiàn)場(chǎng)，發(fā)電機(jī)主軸安裝就位后，全面清理、檢查下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子，并將其吊放在臨時(shí)支墩上，用內(nèi)徑千分尺復(fù)測(cè)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子軸頸內(nèi)圓直徑，核實(shí)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子與主軸的配合緊量。

（2）滑轉(zhuǎn)子在未加熱前通過(guò)4個(gè)導(dǎo)鏈與專業(yè)的吊具相連，通過(guò)調(diào)整4個(gè)導(dǎo)鏈將滑轉(zhuǎn)子調(diào)平，調(diào)平后放在臨時(shí)搭設(shè)的加熱棚內(nèi)加熱，起吊工具不動(dòng)。

（3）在下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子軸頸外圓布置電加熱器，并搭設(shè)臨時(shí)圍蓬，對(duì)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子進(jìn)行加溫，理論加溫溫升約35K，以達(dá)到熱膨脹量約0.6mm，其中0.3mm為安裝間隙值，以保證滑轉(zhuǎn)子準(zhǔn)確套裝到位。

（4）下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子最后起吊溫度100℃，經(jīng)過(guò)清掃等過(guò)程，最后到達(dá)主軸正上方時(shí)溫度為65℃，主軸溫度為22℃。

（5）套裝下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子時(shí)，當(dāng)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子降至距主軸配合段約100mm時(shí)，調(diào)整下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子的鍵槽方位，其應(yīng)與主軸上鍵的方位一致，緩慢下落下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子，并隨時(shí)調(diào)整下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子的鍵槽方位與主軸上鍵的方位一致，直至下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子完全套裝就位。就位后四面用4個(gè)導(dǎo)鏈一端與滑轉(zhuǎn)子的4個(gè)吊環(huán)相連，另一端與導(dǎo)葉臂相連，拉緊下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子，防止在冷卻的過(guò)程中下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子爬升，導(dǎo)致與軸頸間隙過(guò)大。

2.2.8 徹底處理結(jié)果

下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子熱套完成之后，回裝發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，經(jīng)過(guò)盤車、試運(yùn)行、過(guò)速及甩負(fù)荷試驗(yàn)等檢驗(yàn)，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子再未出現(xiàn)絲毫松動(dòng)現(xiàn)象。機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子擺度不再波動(dòng)且最大擺度為0.26mm，滿足國(guó)標(biāo)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)及擺度偏大的原因進(jìn)行分析，針對(duì)電站運(yùn)行需要，分別采取了臨時(shí)處理方案和徹底處理方案，成功解決了下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子松動(dòng)及擺度偏大的問(wèn)題。本文采取的方法，希望對(duì)其他電站解決類似問(wèn)題有一定的借鑒作用。