大型水輪發電機組鏡板研磨工藝探討

袁世鐸，李 勇

（五凌電力有限公司五強溪水電廠，湖南 沅陵419642）

1 概述

大型水輪發電機組鏡板承受著水輪發電機轉子的重量及軸向水推力等軸向負荷。其工作性能不僅影響機組的出力和效率，而且還直接關系到能否安全穩定運行。鏡板和推力瓦之間如保證有良好的潤滑條件，就必須使鏡板和推力瓦的出油邊的潤滑油膜厚度滿足常規設計值（一般在0.03-0.07 mm左右），這就要求鏡板的平面度小于0.03 mm，表面粗糙度Ra值≤0.1 μm，若鏡板平面度較差，其偏差超過油膜的最小厚度時將導致油膜破壞，推力瓦和鏡板之間處于半干摩擦狀態下運行，導致燒瓦事故[1]。為達到以上要求，在推力軸承鏡板檢修研磨時，應提高鏡板修復精度，盡可能減小表面粗糙度Ra值。

五強溪電廠鏡板采用55號鍛鋼精加工而成。外徑Φ4190 mm，內徑Φ2870 mm，厚度280 mm，重15.93 t，鏡面粗糙度Ra值按設計圖紙要求≯0.1 μm。

2 鏡板研磨前準備

2.1 工器具

（1）電動研磨裝置

研磨是在工件轉動與含有磨料自由運動的相對運動中，借助兩接觸面間的壓力和相對滑動來進行切割的精加工方法。電動研磨裝置由機座、支承裝置、調節裝置、驅動裝置、研磨盤、油盆等部件組成。機座由20號鋼板焊接制作而成，最大直徑2500 mm，高度500 mm，用于安裝支承裝置、驅動裝置、研磨盤等設備部件。支承裝置由4個活動支撐架組成，在支撐架下端加螺紋千斤頂作為輔助支撐，以增加活動支撐的承載能力，在支撐架上部安裝有水平調整器，可對鏡板進行任意方向的粗調或細調。驅動裝置由變頻電機及精密行星減速機組成，由減速機通過轉臂帶動研磨盤旋轉，研磨盤沿鏡板圓周方向布置有3個，每個研磨盤直徑380 mm，沿圓周方向錯開，以確保整個鏡面均可以研磨，研磨盤的工作速度由變頻器控制可實現無極變速，確保研磨盤沿鏡板周向運動的工作線速度達到2.7～3.5 m/s，研磨盤磨頭壓力設計為0.6～1.0 kg/cm2，可進行預壓力的調整，確保研磨力均勻。在鏡板下端油盆，可儲存透平油、研磨膏等研磨后形成的油污。

（2）條式水平儀（250×0.02 mm）

（3）表面粗糙度檢測儀（型號：DT100）

（4）鏡板專用平衡梁吊具

（5）螺旋千斤頂（4×10 T）

（6）鋼板尺（1000 mm）、卷尺（3 m）

2.2 材料

金剛石研磨膏（W20-W1）、海軍尼絨布（厚度5 mm）、綢布、白布、無水乙醇、46號汽輪機油、蠟紙、毛刷、毛氈、枕木。

2.3 研磨準備

（1）清掃研磨場地，清洗電動研磨機、工量具等，應達到無塵要求。

（2）安裝、調整好研磨機。

（3）將鏡板吊入自動研磨裝置外圈，鏡面朝上，用枕木和螺旋千斤頂調整鏡面水平直至其±X、±Y 4個方向水平偏差均≯0.04 mm/m。在研磨前還應對鏡面水平度進行復測。條式水平儀切向放置測量鏡面水平。

（4）在鏡板放置現場搭設施工棚，施工棚頂部及四周鋪設彩條布，并設明顯警示標識。

（5）用無水乙醇、白布洗凈鏡面，再用綢布進行擦拭干凈，用蠟紙保護好[2]。

3 鏡板研磨工藝

3.1 研磨前檢查分析記錄

（1）對鏡板鏡面進行粗糙度測量（以五強溪電廠5號水輪發電機組推力軸承為例）

鏡板鏡面測點分布狀態如圖1，對應鏡面粗糙度測量數據統計如表1。

圖1 鏡面測點分布狀態圖

表1 研磨前粗糙度測量數據 單位：μm

根據以上數據得出：2號、5號、8號、15號、17號點粗糙度值分別 為 0.18 μm、0.13 μm、0.20 μm、0.11 μm、0.12 μm，共 5 個測點檢測數據超過設計圖紙要求0.10 μm，其余19個測點數據均在0.07～0.10 μm之間，符合設計圖紙要求≯0.10 μm要求，合格率僅為79.2%，鏡面平均粗糙度為0.094 μm。為保障機組運行最優狀態，鏡板鏡面粗糙度所有測點合格率如需全部達到100%，有必要對鏡板鏡面進行研磨。

（2）鏡面外觀檢查

1）鏡面環狀局部有多條輕微發藍帶，為油膜失效后高溫所致；

2）鏡面中部環狀位置有輕微劃痕，為塑料推力瓦青銅絲與鏡板摩擦所致；

3）+Y與+X的夾角方向的外緣有一疑似銹斑缺陷，疑似原始安裝鏡板時，金屬銳角傷害所致，或潤滑油中較大的金屬顆粒嵌入鏡面與推力瓦接合面摩擦結果[3]。

3.2 半精研磨

在電動研磨裝置3個研磨盤上包裹2層海軍尼，絨布厚5～7 mm，以保證磨料的吸附和防止絨布破損損壞鏡板鏡面。根據研磨前鏡面檢測數據分析有5個點粗糙度超標，綜合表2、表3對照表數據，選擇W5金剛石研磨膏作為研料。

表2 研磨膏粒度與粗糙度對照表

表3 光潔度與表面粗糙度對照表

將適量W5金剛石研磨膏和46號汽輪機油調勻研磨，研磨每隔5 d檢查記錄1次。檢查時應檢查鏡面無異物，用酒精擦拭。清掃干凈后，再用表面粗糙度儀按鏡板鏡面測點分布狀態圖復測，并做好記錄。根據測量結果，決定是否繼續研磨，研磨直至鏡板鏡面粗糙度達到0.10 μm，最終鏡板鏡面表面狀態應呈暗光澤面，達到精密亮度效果。數據測量記錄如表4、表5。

表4 粗糙度測量數據（第1次 研磨） 單位：μm

表5 粗糙度測量數據（第2次 研磨） 單位：μm

3.3 精研磨

鏡板鏡面研磨一般在水輪發電機大修時才安排進行，為使鏡板鏡面完全達到優狀態，因此有必要對其進行精研磨。根據表2、表3對照表數據，選擇W1金剛石研磨膏進行研磨可使鏡板鏡面粗糙度達到0.05 μm，最終鏡板鏡面表面狀態應呈亮光澤面，達到鏡面亮度效果。數據測量記錄如表6。

表6 粗糙度測量數據（第3次 研磨） 單位：μm

如需達到更好的研磨效果，選擇W0.5金剛石研磨膏進行研磨可使鏡板鏡面粗糙度達到0.025 μm，最終鏡板鏡面表面狀態應呈鏡狀光澤面，達到超鏡面亮度效果。

3.4 拋光

鏡板鏡面研磨合格后，一般需進行拋光處理。用新細絨布蘸46號汽輪機油作研磨劑進行均勻研磨。鏡板鏡面表面狀態應接近鏡狀光澤面，達到超鏡面亮度效果。數據記錄如表7。

表7 研磨前粗糙度測量數據（第4次 研磨） 單位：μm

4 總結

（1）鏡板研磨根據表面粗糙度儀測量數據進行量化分析，根據結論，對研料進行選擇，達到較好的研磨效果。

（2）在本次半精研磨、精研磨、拋光過程中，每天研磨下班時對測點狀態分布圖中測點進行抽檢，并作記錄，如遇異常及時上報。

（3）鏡板研磨由專人值守，制定了鏡板研磨現場管理制度。

（4）研磨場所應有充足的亮度，室溫控制15～24℃，濕度在50%～65%之間。

（5）鏡板研磨每道工序完成進入下道工序前，比照鏡面原始缺陷進行檢查記錄，征得相關技術專責同意。