李東輝

（重慶大唐國(guó)際武隆水電開(kāi)發(fā)有限公司，重慶 408506）

1 轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

作為水輪發(fā)電機(jī)組的核心部件之一，轉(zhuǎn)輪的主要作用是把水的勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，然后通過(guò)主軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)輪是水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電能的原動(dòng)部件。

銀盤(pán)電站機(jī)組均采用軸流轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪，帶有6 葉片，主要由轉(zhuǎn)輪蓋、輪轂（轉(zhuǎn)輪體）、操作架、耳柄、槳葉、連桿機(jī)構(gòu)、葉片樞軸、活塞、活塞桿等部件裝配而成。轉(zhuǎn)輪輪轂最大直徑為3.85 m，整體總重量約253.63 t。槳葉采用單支承結(jié)構(gòu)，通過(guò)9顆M130 螺栓將槳葉與樞軸、轉(zhuǎn)臂連接在一起，樞軸通過(guò)內(nèi)軸套和外軸套固定在轉(zhuǎn)輪體的槳葉樞軸孔內(nèi)。操作架、活塞、活塞桿組成透平油充壓式傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，操作架與轉(zhuǎn)臂通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)聯(lián)接，組成類(lèi)似于曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。受油壓作用，活塞、活塞桿、操作架作上下直線運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)臂、樞軸和槳葉通過(guò)連桿機(jī)構(gòu)將上下直線運(yùn)轉(zhuǎn)化為圓弧運(yùn)動(dòng)。

采用銅合金制成的L 形銅套作為樞軸與輪轂間的轉(zhuǎn)動(dòng)摩擦副。槳葉轉(zhuǎn)臂為合金結(jié)構(gòu)鋼鍛造制成，合金結(jié)構(gòu)鋼規(guī)格編號(hào)為35CrMo，材料本身具有很高的靜力強(qiáng)度、沖擊韌性及較高的疲勞極限（表1、圖2）。

表1 35CrMo 合金結(jié)構(gòu)鋼化學(xué)成分 %

當(dāng)機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)，該接觸面承受水流沖擊產(chǎn)生的壓應(yīng)力，機(jī)組調(diào)整負(fù)荷時(shí)該接觸面承受槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)與水流沖擊所產(chǎn)生的壓應(yīng)力和滑動(dòng)摩擦力

2 轉(zhuǎn)輪部件磨損情況

2020 年11 月，銀盤(pán)電站1 號(hào)機(jī)組開(kāi)展計(jì)劃性A 修，將機(jī)組上機(jī)架、轉(zhuǎn)子、下機(jī)架、主軸、支持蓋、轉(zhuǎn)輪、頂蓋按照吊裝流程逐一吊出機(jī)坑，將轉(zhuǎn)輪放置在安裝間指定位置的支墩上作進(jìn)一步解體檢修。對(duì)轉(zhuǎn)輪解體檢修過(guò)程中，檢查發(fā)現(xiàn)輪轂軸套、連桿機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)臂等部件均出現(xiàn)不同部位、不同程度磨損、啃噬等損傷情況，其主要損傷情況如下。

（1）L 形外軸套（銅質(zhì)材料）內(nèi)側(cè)環(huán)面有磨損，磨損位置主要集中在壓應(yīng)力較大的上右部分（從轉(zhuǎn)輪內(nèi)部向外看），磨損程度大部分在0.08～0.12 mm，個(gè)別坑點(diǎn)較深。L 形外軸套外側(cè)環(huán)面與樞軸環(huán)面接觸，接觸面積較大，所受壓應(yīng)力較小，未見(jiàn)明顯磨損（圖1）。

圖1 L 形外軸套內(nèi)側(cè)環(huán)面磨損

（2）轉(zhuǎn)臂大法蘭面與L 形外軸套內(nèi)側(cè)面直接貼合部分有較嚴(yán)重偏磨、研蝕，磨損區(qū)域與外軸套內(nèi)側(cè)面受損位置相對(duì)應(yīng)，外軸套內(nèi)側(cè)面磨損產(chǎn)生的細(xì)小銅顆粒把轉(zhuǎn)臂大法蘭面上左邊部外邊緣的接觸面損傷成麻點(diǎn)小坑。其中6 號(hào)轉(zhuǎn)臂大法蘭最大磨損深度約0.30 mm，麻點(diǎn)小坑呈現(xiàn)與軸套套相近顏色并可見(jiàn)細(xì)小黃銅材料顆粒（圖2）。

圖2 轉(zhuǎn)臂大法蘭面部分磨損

（3）連桿機(jī)構(gòu)中耳柄螺栓與操作架接觸的端面有局部磨損，磨損位置主要分布在半側(cè)靠近耳柄螺桿周邊，磨損區(qū)域?yàn)榘郀罘植记页尸F(xiàn)暗銀色金屬光澤，其內(nèi)部可見(jiàn)數(shù)個(gè)細(xì)小凹坑，其中6號(hào)槳葉連桿機(jī)構(gòu)的磨損痕跡比較明顯（圖3）。

圖3 耳柄螺栓部分磨損

（4）連桿機(jī)構(gòu)連板與圓錐銷(xiāo)的銷(xiāo)孔均出現(xiàn)崩裂缺失，其中以軸向單邊崩裂啃噬為主，引起原因是銷(xiāo)孔深度過(guò)大導(dǎo)致銷(xiāo)釘竄動(dòng)后出現(xiàn)間隙，如果繼續(xù)長(zhǎng)期運(yùn)行將造成連桿機(jī)構(gòu)松動(dòng)、槳葉拒動(dòng)等設(shè)備安全風(fēng)險(xiǎn)（圖4、圖5）。

圖4 連板銷(xiāo)孔崩裂啃噬

圖5 圓錐銷(xiāo)銷(xiāo)孔崩裂啃噬

3 相應(yīng)修復(fù)方案及技術(shù)要求

根據(jù)轉(zhuǎn)輪部件各部位磨損程度的客觀分析，結(jié)合其他電站相似情況的處理方式，并與設(shè)備制造廠家協(xié)商，最終確定以下技術(shù)措施進(jìn)行處理：

（1）由于L 形外軸套外形尺寸較大，重量達(dá)200 kg，在原有基礎(chǔ)上修復(fù)處理較為困難，遂聯(lián)系東方電機(jī)廠作為協(xié)作處理廠家，對(duì)原有6 個(gè)L 形外軸套進(jìn)行拆除，采用大小、材料都相同的新L 形外軸套替換，銅套與輪轂采用冷壓裝配后再作精加工，其銅套材料為CuAl10Fe5Ni5，抗拉強(qiáng)度≥640 MPa、屈服強(qiáng)度≥250 MPa、延伸率≥13%，其他標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。

表2 CuAl10Fe5Ni5材料標(biāo)準(zhǔn)

（2）轉(zhuǎn)臂本身為高強(qiáng)度材料不允許補(bǔ)焊，補(bǔ)焊將導(dǎo)致高溫裂紋。查看機(jī)組圖紙可知，轉(zhuǎn)臂大法蘭面為精加工面厚150 mm、留有0.3 mm 的負(fù)余量，于是對(duì)整個(gè)大法蘭面進(jìn)行機(jī)床整體磨削處理，磨削過(guò)程中不準(zhǔn)接刀，控制進(jìn)刀深度，觀察磨削面的粗糙度及磨損痕跡是否消除，完成后再精車(chē)，控制整體車(chē)削量不大于0.15 mm，其磨削表面粗糙度必須滿足原有圖紙要求，達(dá)到Ra0.8。通過(guò)該方式盡可能消除原有磨損金屬層，做此處理后轉(zhuǎn)臂大法蘭與L 形外軸套貼合處的壓應(yīng)力與滑動(dòng)摩擦力均小于材料自身的許用應(yīng)力，且峰值應(yīng)力（最大組合應(yīng)力）也小于材料的屈服強(qiáng)度，對(duì)于整個(gè)轉(zhuǎn)輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的使用滿足其強(qiáng)度要求（圖6）。

圖6 轉(zhuǎn)臂加工尺寸

（3）需要對(duì)磨損部件對(duì)于連桿機(jī)構(gòu)中耳柄螺栓端面的局部磨損，先采用砂輪機(jī)打磨平滑，消除原有磨損痕跡，然后用507 不銹鋼焊條進(jìn)行堆焊、焊補(bǔ)處理，堆焊部位保持受焊均勻，然后用砂輪機(jī)打磨，保證堆焊部位與周邊組織同等平整光滑。在進(jìn)行堆焊過(guò)程中，必須考慮耳柄端面圓度，不能進(jìn)行連續(xù)、長(zhǎng)時(shí)間施焊，采取間隔施焊并逐漸冷卻堆焊部位，焊條應(yīng)沿圓周方向游走，以增加后續(xù)與操作架貼合的承受強(qiáng)度，焊補(bǔ)部位打磨處理后必須用刀口尺進(jìn)行平整度檢查，最后作探傷檢查，以保證焊補(bǔ)部位無(wú)暗傷遺留。

（4）對(duì)于轉(zhuǎn)輪連桿機(jī)構(gòu)圓錐銷(xiāo)，首先在原有損壞基礎(chǔ)上進(jìn)行堆焊、焊補(bǔ)處理，并在中心對(duì)稱位置重新鉆鉸新銷(xiāo)釘孔。要注意的是，雖然破損銷(xiāo)釘孔為少數(shù)現(xiàn)象，但應(yīng)將轉(zhuǎn)輪其他連桿機(jī)構(gòu)做相同加工處理，避免后續(xù)出現(xiàn)同樣破損。

4 修復(fù)過(guò)程中需注意的事項(xiàng)

針對(duì)修復(fù)處理措施要求，將輪轂外送至四川德陽(yáng)東方電機(jī)廠進(jìn)行加工，將轉(zhuǎn)臂外送至重慶燕昌加工中心進(jìn)行磨削加工，其中更換外軸套的難點(diǎn)在于必須確保L 形外軸套其外形尺寸大，加工精度要求高，在冷壓裝配過(guò)程中不能出現(xiàn)跳動(dòng)，而轉(zhuǎn)臂大法蘭面磨削需提前制作合適工裝并在車(chē)床上進(jìn)行調(diào)平。重慶大唐國(guó)際武隆水電開(kāi)發(fā)有限派遣檢修技術(shù)人員全程跟蹤修復(fù)部件的運(yùn)輸和加工，充分與加工協(xié)作廠家溝通，確保部件修復(fù)處理質(zhì)量滿足技術(shù)要求。其中需要注意的加工工序，如輪轂上加工機(jī)床時(shí)的裝夾防護(hù)、樞軸孔的定心找正、換裝銅套鑄造質(zhì)量的探傷檢驗(yàn)、基準(zhǔn)尺寸的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、銅套壓裝后各項(xiàng)參數(shù)復(fù)測(cè)、轉(zhuǎn)臂加工工裝的制作及調(diào)平等，均應(yīng)在技術(shù)人員的監(jiān)督參與下進(jìn)行并做好相應(yīng)記錄，最終數(shù)據(jù)和實(shí)際加工效果須在得到技術(shù)人員認(rèn)可后方可進(jìn)行下一步加工工作，直至工序全部結(jié)束。只有通過(guò)對(duì)修復(fù)處理的全過(guò)程控制和驗(yàn)收，才能有效杜絕誤操作或工藝控制不嚴(yán)格造成的轉(zhuǎn)輪部件不可修復(fù)現(xiàn)象發(fā)生，不影響整個(gè)機(jī)組檢修工期。

全部部件加工驗(yàn)收合格后，將修復(fù)處理完成的部件做好防護(hù)，避免運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生表面氧化銹蝕，運(yùn)回電站安裝間后進(jìn)行回裝，回裝工作應(yīng)嚴(yán)格按照作業(yè)指導(dǎo)書(shū)開(kāi)展，確保轉(zhuǎn)輪內(nèi)部部件在回裝過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)磕碰、卡死等工藝問(wèn)題，回裝后對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行耐壓和動(dòng)作試驗(yàn)，觀察機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的情況，是否有卡澀、異常聲響等現(xiàn)象，以保證裝配質(zhì)量合格。

5 結(jié)束語(yǔ)

銀盤(pán)電站1 號(hào)機(jī)組A 修轉(zhuǎn)輪部件磨損修復(fù)處理，由于事先做了精心準(zhǔn)備，制定了完善合理的技術(shù)措施和跟蹤流程，選擇了綜合技術(shù)實(shí)力較強(qiáng)的加工協(xié)作廠家，修復(fù)過(guò)程中技術(shù)人員嚴(yán)格進(jìn)行過(guò)程監(jiān)督與控制，全部部件通過(guò)修復(fù)處理均達(dá)到理想情況，部件回裝后轉(zhuǎn)輪的各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果均滿足修后標(biāo)準(zhǔn)要求。

當(dāng)前1 號(hào)機(jī)組已歸調(diào)并網(wǎng)運(yùn)行近3 個(gè)月，期間轉(zhuǎn)輪和機(jī)組出力沒(méi)有出現(xiàn)異常或不良情況。盡管如此，1 號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)輪部件磨損修復(fù)處理的效果如何，還有待時(shí)間的進(jìn)一步驗(yàn)證，日常運(yùn)行過(guò)程中仍需要加強(qiáng)巡視和關(guān)注。對(duì)于其他機(jī)組是否存在相同情況，需結(jié)合機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)以及后續(xù)檢修解體進(jìn)行驗(yàn)證和對(duì)應(yīng)處理。