350t轉子超速動平衡試驗站建設過程中存在的問題及應對措施

王 雙

（中國聯合工程公司，浙江 杭州310022）

上海電氣建成的350 t動超試驗站，目前為國內首家建設，能夠平衡轉子的參數量級，居國內第一，世界前列。其中轉子重量350 t，直徑7 m，長度20 m。該動超試驗站既可作汽輪機轉子的動平衡試驗和超速試驗，也可同時兼容180萬千瓦級發電機轉子的動平衡及超速試驗工作。其建成投產，填補了國內發電設備科研、制造行業的一項空白，標志著我國完全具備自主研發大型發電設備的基本條件，同時也標志著我國自主研發、設計、制造大型發電設備的能力已跨入國際先進水平的行列。

350 t超速動平衡試驗站的核心設備，選用德國申克的擺架及新研發的不平衡量測控系統，配備有先進的動平衡軟件，平衡效率高，工作環境好，勞動強度低。非標設備全部自行設計，國內采購，質量有保證，建造周期短，成本低，使用維護方便。該試驗站自2011年6月建成并投入使用以來，運行狀況良好，各項性能指標全部達到設計要求。

作為該項目的主要參于者，僅就設計、制造、安裝、調試過程中存在的問題及應對措施分述如下。

1 設計參數簡介

設計按功能分類為五大系統：拖動系統、潤滑系統、不平衡量檢測系統、真空系統及輔助系統。各系統的設計參數如下:

1.1 拖動系統

拖動系統的動力為一臺10 kV、15 000 kW、1 500 rpm的同步變頻電機，通過齒輪變速箱、中間軸、無伸縮萬向聯軸節和試驗轉子相聯接，從而帶動轉子高速轉動；電源為一臺公用的20000kW變頻機組；變速箱、中間軸為法國法蘭德產品，變速箱功率15 000 kW，升速比1.5和3兩檔，中間軸伸出端和殼體間裝有壓縮空氣潤滑的動密封裝置，動密封漏率小于40 Pa·L/s。

1.2 潤滑系統

潤滑系統根據工作狀況分為大氣潤滑油和真空潤滑油系統兩大部分。

大氣潤滑油系統專門為拖動系統供油。油站由三臺額定壓力1 MPa、流量900 L/min的螺桿泵，一個18 m3的方型儲油箱，一個6 m3的方型高位備用油箱組成。頂軸油站為兩臺額定壓力為32 MPa，流量為40 L/min的柱塞泵。

真空油潤滑系統專門為試驗轉子軸承提供潤滑油。油站由四臺額定壓力為1 MPa，流量為1 800 L/min的螺桿泵，一個50 m3的園柱形儲油箱，一個16 m3的園柱形高位備用油箱組成。頂軸油站為三臺額定壓力為32 MPa，流量為40 L/min的柱塞泵。

每個油站正常工作時均有一臺泵作為備用泵。每個潤滑油站的每臺油泵出口均裝有相應的過濾器和潤滑油冷卻器。每個油箱均裝有潤滑油加熱器。過濾器過濾精度為20μ。

1.3 不平衡量檢測系統

不平衡量檢測系統主要由擺架、位移傳感器及電子測量儀等組成。擺架為整體結構的DH13型，水平方向固有頻率：80.7 Hz/4 842 rpm，垂直方向固有頻率：80.7 Hz/5 148 rpm，水平剛度為7 000 N/μm，垂直剛度：20 000 N/μm，徑向剛度：2 700 N/μm；位移傳感器T27；電子測量儀VC4000，檢測精度E0.5μ。全套設備為德國申克產品。

1.4 真空系統

真空系統主要由真空艙和真空機組等兩大部分組成。

真空艙是一個直徑10 m，長度24 m的桶狀鋼結構件。大門和桶體之間裝有高強度耐油唇形橡膠密封圈。設計漏率要求不大于3 200 mPa·L/s。在真空狀態下，作用在密封大門上的作用力接近800 t。

真空機組共有12套主真空泵組，外加1套潤滑油除氣用真空泵組。每套主真空泵組，均由一臺WAU2001羅茨泵、一臺SV750B單級油封式旋片泵串聯組成。除氣泵組由一臺WAU1001羅茨泵和一臺SV630B旋片泵串聯組成。13臺機組同時工作，真空艙最低真空度50 Pa。抽到設計要求的133 Pa時，耗時不大于54 min。真空抽空管路上裝有兩個DN160電磁氣動排空閥，排空時間15 min。真空泵組及排空閥為萊寶天津工廠生產。

1.5 輔助系統

輔助系統主要由潤滑油冷卻泵組、轉子運送平車及其它輔助設備等組成。冷卻水壓為0.2 MPa，最大流量400 m3/h。運送平車是德國申克生產，最大承載能力為440 t；速度為0~10 m/min，可調；擺架升降不同步，誤差小于0.2 mm。

2 關主件(非標)設備制作

真空艙是試驗站設備中唯一的超大超重鋼構件。艙體筒體直徑10 m，長24 m。一端(后端)為帶夾層的固定封頭，另一端(前端)為帶夾層的可移動大門。整體自重約800噸左右。

真空艙筒體制作過程中分成五段：第一段：后墻板筒節段；第二、三、四段：中間筒節段；最后一段：法蘭筒節段。后墻板筒節段墻板夾層中的鋼骨架制作時先不做，留在組裝完后焊裝。每個筒節除法蘭筒節段外，均加裝20號槽鋼制作的米字形工藝支撐。

法蘭筒節段和密封大門分為上下兩段制作。銷合在一起后，再整體加工直徑10 m的環形密封面，平面度要求1 mm以內。機加工過程分粗加工、精加工兩道工序完成。粗加工前、后，工件做時效處理。

3 關鍵設備的安裝

3.1 真空艙的安裝

分段制作好的真空艙筒節人工搬運到現場，按照先墻板筒節段，中間筒節段1，中間筒節段2，中間筒節3的次序，使用450噸的汽車吊依次吊裝到事先裝好的筒體支架上。然后，調整、對位、焊接。最后，再吊裝、對焊法蘭筒節段。

密封大門在筒體周圍的鋼筋水泥澆注完成后安裝。先用吊機把下半部分吊裝在大門移動機構上，再把上半部分吊裝就位。銷合后，焊接結合面。焊完后修平密封面焊縫。

3.2 擺架中心和中間軸中心的對中

擺架的中心是由前后擺架在艙體內L槽鐵上的擺放位置決定的。對中就是要求中間軸安裝過程中，中間軸的中心要和擺架的中心在一條直線上。

（1）把前擺架放在接近實際工作的位置，后擺架放在L槽鐵全長2/3處。調整擺架兩側面相對L槽鐵側立面的距離相等。配作一側斜鐵下端的墊板，使得斜鐵全部壓下時，擺架側面和L槽鐵側面密合(在工作時，這個側面的斜鐵始終全部壓到底，確保每次擺架就位時，擺架中心理論上始終處在最初的安裝線上)。

（2）在中間軸頭上安裝一個專用的靶籠。

（3）在每個擺架軸承孔間架設兩個中心透光的大三角架。在靶籠的前端孔上裝一個透光的小三角架。在靶籠的后端孔上裝一個光學靶芯。

（4）利用光學對中儀，通過調整中間軸的位置，使得靶籠上的靶點和五個支架上的十字光絲處在一條直線上。

其中，靶芯和大小透光三角架系光學對中儀自帶附件。靶籠自制。對中過程如圖1所示。

圖1 光學對中儀對中

4 調試過程

（1）油路的沖洗。因擺架潤滑油管路長，拐彎多。若按常規方法沖洗，時間會很長。改進的作法是在擺架進油口加裝一套過濾器，不僅沖洗時間大大縮短，而且可以確保進入擺架的潤滑油永遠是干凈的。

（2）拖動電機的頂軸油站，設計為一臺泵同時向兩個軸承供油。第一次使用時出現一端抬起，而另一端抬不起來現象。處理的辦法是把兩端軸承蓋緊定螺釘松開，反復頂幾次后，情況將有所改善。再給軸承進油端分別加裝一段節流管，問題會徹底解決。

（3）擺架頂軸油站，設計為兩臺泵分別向兩個軸承單獨供油。平衡發電機長轉子時，有時出現一端頂不起現象。解決的方法是松開擺架上軸承蓋，反復頂幾次就可以解決。

（4）天津萊寶提供的抽真空機組，重復第二次抽真空時，部分機組就會過熱停機，冬季以外幾乎無法運行。通過加裝強力通風裝置，問題徹底解決。

（5）取掉擺架潤滑油主管路上的減壓閥，潤滑油的壓力改為由上油箱進油管閥門來控制。閥門開度增大，流進上油箱的油量加大，擺架的進油壓力就降低。閥門開度減小，流進上油箱的油量減少，擺架的進油壓力就升高。

（6）進入擺架的油壓不能高于備用油箱高差所產生的壓力。如果油壓偏高，應更換軸瓦為專用軸瓦，即在軸瓦內表面的中間開一個適當的環槽。槽子寬度越大，降壓效果越明顯。

（7）在真空潤滑油系統中，備用油箱進油管上的閥門，應采用截止閥或閘閥，有利于方便、平滑的調節供油壓力及相應的供油量。動平衡時，且記：每更換一種平衡轉子的規格，就要調整一次這個閥門的開度。

（8）真空油站所需工作油泵的臺數，決定于擺架軸承所需的油量。應保證泵組的輸出總油量大于擺架軸承所需的油量。多余的油會通過備用油箱回流到泵的入口油箱。

5 結束語

350 t動平衡實驗站，設計過程中，關鍵設備部分向世界最高水平看齊，具有前瞻性。建造過程中，有效地解決了大型真空艙制作、運輸、安裝難題，很好地解決了多臺同軸設備安裝的準確對中工作。調試運行過程中，較好地解決了出現的通用問題和隨機問題。一并括列出來，想必對從事該項工作的工程技術人員有一定的指導作用。