淺談拆裝懸吊式水輪發電機組推力頭的新方法

農體健

（南寧發電設備公司，廣西南寧530031）

淺談拆裝懸吊式水輪發電機組推力頭的新方法

農體健

（南寧發電設備公司，廣西南寧530031）

主要介紹了懸吊式水輪發電機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，對拆裝推力頭的工作具有較好的參考價值和指導意義。

懸吊式機組；推力軸承；推力頭；溫度計算；熱套；拆卸

懸吊式水輪發電機組的推力軸承位于轉子之上，上機架中，其裝配簡單，運轉穩定，廣泛應用于小直徑、高轉速的機組。該機型的推力軸承由推力頭、推力瓦、鏡板、剛性支柱螺釘等部分組成，不僅是機組承重部件之一，同時也巧妙利用自身的位置特點，將機組重量通過推力軸承本身傳遞給上機架，再由上機架轉移到混凝土基礎部分［1］。

推力頭作為推力軸承的重要部件，業內人士都親切的稱它為“小轉子”。其材質多為鍛鋼，機組運轉時，起著承受、傳遞軸向力和扭轉力的先導作用，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情況發生。為了方便運輸以及不影響轉子支架、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，才將推力頭套裝回主軸上；檢修時，如果發現推力頭有松動或者需要拆裝和調整其它零部件，同樣需要起拔推力頭。由于推力頭的安裝質量直接影響到機組運行時的擺度、振動的大小，因此如何可靠、安全的拆裝推力頭一直是水輪發電機組安裝檢修工作的攻克難點之一［1］。

以廣西A電站為例，淺析在安裝與檢修機組的過程中，南寧發電設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電站簡介

廣西A電站總裝機容量：2×12.5 MW

發電機組型號：SF12.5-24/4600

水輪機組型號：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

額定轉速：250 r/min

其中推力頭基本參數：

最大外徑：￠1220mm

與主軸配合三段內徑：￠408 mm、￠416 mm、￠410 mm

重量：2 214 kg

該電站推力頭材質為鍛鋼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，結構如圖1所示。

圖1　推力頭結構示意圖

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”。根據熱脹冷縮的原理，通過加溫，使推力頭的內孔產生膨脹，原本加工尺寸中推力頭與主軸的過盈配合臨時轉變為間隙配合；只要利用吊車起吊推力頭，調整推力頭與主軸對正后，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變為過盈配合，使得推力頭緊抱主軸，達到套裝、抱緊的目的［2］。

這種熱套的辦法既避免了傳統人工套裝時借助大錘敲擊，硬套推力頭的耗時費力，又無須擔心對稱方向敲擊時，力度會因人不同而造成推力頭與主軸配合段間隙不均勻或前進速率不一致導致套裝失敗的后果。

（1）加溫前的測量

加溫前，推力頭應吊掛在吊車的掛鉤上，在同一室溫下，用同一只內徑千分尺測量推力頭3段配合尺寸￠408 mm、￠416 mm、￠410 mm，每個截面上根據X、Y方向對稱測得兩組數據；同樣，在主軸上各對應位置也用同一只外徑千分尺進行測量。通過測量，檢查推力頭和主軸的配合尺寸應符合設計要求，倒角的徑向和軸向配合應當合適，然后再確定推力頭配合孔徑膨脹量。

（2）加溫計算

加溫的計算采用如下公式：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，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℃

考慮裝配現場的環境溫度，

T=ΔT+T0+Δt

式中，

T為套裝推力頭實際應該達到的溫度（℃）；

ΔT為加熱的溫升（℃）；根據前式的計算，取45℃；

T0為裝配現場室溫，該例取25℃；

Δt為考慮套裝推力頭準備工作前可能下降的溫度，該例忽略不計。

因此，熱套A電站推力頭實際應該達到的溫度為：

T=45+25+0=70℃

（3）電熱總容量估算

如果采用電加熱的方法時，其電熱總容量可根據下式進行估算：

（4）具體實施熱套的工藝

加溫前，應對推力頭與主軸間的切向鍵進行研配。研配時可用角磨機適當修磨平鍵的毛刺、飛邊。為防止修磨過度，發生不平行、扭角的現象，只允許單邊修磨鍵。最終鍵能輕輕推入槽內，并能上下移動，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加熱，使推力頭整體在加熱環境中均勻的受熱，溫度的監測也較為方便——只需監視熱烘爐上的溫度變化情況即可。因A電站加溫條件簡陋，因此選擇了10 kW功率的電阻爐進行加溫，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境影響，應選用厚厚的石棉布圍攏住推力頭進行保溫，具體加溫示意如圖2所示。

式中，

P為電熱總容量（kW）；

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

G為推力頭的重量；該推力頭設計重量為2 214 kg；

Δt為加熱升溫速度；根據實際情況，該例取15℃/h；

C為熱容量，鋼材C=0.12 kcal（kg.℃）；

A為功率熱當量，A=0.24 kcal（S.kW）；

因此，A電站推力頭加熱所需的電熱總容量為:

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.經過4～5 h的加溫，推力頭溫度達到70℃時，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。用專用內徑千分尺檢查孔徑膨脹量，達到要求后用吊環扭緊至推力頭上端面本身設計有4-M48工藝孔進行起吊。吊鉤調整推力頭使得鍵槽與裝在主軸上的平鍵對正后，下降吊鉤，靠自重將推力頭一次性套裝到位；熱套到位后，待溫度降至室溫時才能安裝卡環。

2.2拆卸推力頭

（1）傳統拆卸推力頭的方法和優缺點

傳統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，人工利用板手收緊對稱方向的方頭螺桿，方頭螺桿被逼緊到位后仍繼續受到外力的擰緊，由于反作用力的原故，方頭螺桿拉動推力頭向外移動，脫離主軸，從而完成起拔過程，具體如圖3所示。

圖3　傳統拆卸推力頭示意圖

傳統拆卸方法的優點是：操作簡單、工具簡易。缺點是：起拔推力頭的整個過程是主軸與推力頭內孔配合表面相互摩擦的過程，由于受人為因素的影響，在對稱方向上產生的拉力大小和作用時間極易出現不同步，從而造成單邊側拉的現象，加大起拔失敗的風險；因為是純手工出力擰緊板手，僅是擰緊的時間就消耗1～2 h，因此勞動強度較大，速度慢、費時耗力。

（2）改進傳統拆卸工藝

拆卸A電站的推力頭時，發電設備公司的師傅們在沿用傳統拆卸工具原理的基礎上再增加預熱的環節來起拔推力頭。同樣是利用熱脹冷縮的原理，當推力頭加熱到一定溫度時，推力頭與主軸之間的過盈配合臨時改變為間隙配合，由于是整體發生膨脹，所以整個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稱方向不均勻受力，產生應力集中區表面被卡澀、剪切面受磨損，甚至是拉傷配合面、別出毛刺的現象。同時再增設一套液壓千斤頂，以輕松提升千斤頂起升桿的方式代替費力的人力擰緊螺桿，減少了勞動強度、加快起拔速度。

（3）預熱前的準備工作

機組檢修時需要拆卸、起拔已經套裝在主軸上的推力頭，此時如果再用熱烘爐或電阻爐對推力頭進行預熱都是不太可行的，因此可以選用另一種簡單的加熱裝置——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、拆裝簡單的特點，專用于管道、環形設備的預熱、保溫，有的最高溫度甚至可達到1 000℃左右。因此加熱時只需在推力頭整個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的加溫公式：ΔT＝K/（αD0）進行計算，此處不再贅述。預熱前將2根M48螺桿對稱扭緊至推力頭上端面2-M48工藝孔；將厚約30 mm，長度大于或等于推力頭外徑的長條形頂板、液壓千斤頂準備就緒。

（4）具體實施拆卸的工藝

在利用電加熱毯預熱的過程中，于主軸端面的起吊孔和推力頭上端面的工藝孔內分別插上溫度計，實時監測兩者間的溫差。如溫差過小，說明兩者溫度相似，難以達到間隙配合所需的膨脹量，因此需要對主軸采取相應的降溫措施，通常使用壓縮空氣對準主軸中心孔吹氣降溫。當溫度達到70℃時，保溫2～3 h后切斷電源，開始拆卸推力頭。

拆卸推力頭時，將事先準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，當起升桿升到一定高度時，受反作用力的作用，螺桿帶動推力頭向外移動，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　結束語

通過計算確定預熱所需的溫度和電熱容量，從而保證了拆裝推力頭時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，改變了傳統人工錘擊、硬拔的粗爆方式，既減輕了工人的勞動強度，又加快拆裝速度。A電站2臺套機組安裝時均采用熱套法套裝推力頭，根據最終機組盤車數據顯示，推力頭熱套很成功，沒有松動的現象，是符合水輪發電機組的安裝技術規范要求的；4年后機組大修時又通過預熱起拔、拆卸推力頭，經對推力頭與主軸配合表面詳細檢查，發現其表面光滑、無拉傷、無毛刺，效果非常理想。南寧發電設備公司多年來一直延用這種工藝拆裝懸吊式機組的推力頭，既節省安裝成本，縮短檢修周期，又保證了產品的外觀質量、設備完好，具有經濟、技術雙重效果，這對類似機型、相同結構的推力頭安裝與檢修工作具有很好的實用推廣價值和拋磚引玉的啟發作用。

［1］于蘭階.水輪發電機組的安裝與檢修［M］.北京：中國水利水電出版社，1995.

［2］GB8564-2003，水輪發電機組安裝技術規范［S］.

［3］中國機械工程學會熱處理學會主編.熱處理手冊［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

農體健（1982-），女，廣西寧明縣人，助理工程師，大專，南寧發電設備公司重型裝配車間技術員。