惠州抽水蓄能電站5號機組推力頭處理

張曉東，李 巧

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明650032）

1 工程概述

惠州抽水蓄能電站（以下簡稱：惠蓄電站）是廣東省興建的第二座大型抽水蓄能電站，也是目前已建的世界特大型抽水蓄能電站之一。電站位于廣東省惠州市博羅縣城郊，分A、B廠建設，各安裝4臺法國ALSTOM水電公司生產的立式單級混流式水泵水輪機-發電電動機組，單機容量（發電工況）300 MW，總裝機容量2 400 MW。

2 機組推力軸承結構

惠蓄電站推力軸承布置在上機架中心體上，包括推力頭、卡環、鏡板、12塊推力瓦、推力軸承支承結構等構成。機組盤車分為發電機單獨盤車和機組整體盤車，盤車過程中通過刮削卡環來消除機組轉動部分所產生的軸線偏差。推力軸承結構如圖1所示。

3 現場存在的問題

在5號機推力頭安裝前按施工程序對相關尺寸進行了測量，結果見表1和下頁圖2。

通過計算推力頭與大軸有0.31 mm的過盈量。同時，在數據測量完成后，發現推力頭高度（H值）比設計值高了0.41 mm，在推力頭熱套過程中，卡環將無法安裝，為此推力頭由廠家外送進行加工，廠家確定的加工位置為推力頭上平面。

加工后5號機自2010年1月14日開始至2010年1月22日共進行了10次發電機單獨盤車，刮磨卡環8次，機組軸線變幻無常，詳見下頁表2。

圖1 推力軸承結構圖

表1 5號機推力頭及瓶狀軸測量數據

圖2 推力頭及瓶狀軸測量部位示意圖

表2 發電機單獨盤車擺度值變化情況

盤車數據始終無法達到設計要求。

4 原因分析

根據上述異常情況，我們對可能因素進行分析如下：

（1）盤車擺度較大的可能原因

1）軸心線與推力頭下平面不垂直；

2）鏡板上下平面不平行；

3）被外送加工過的推力頭上平面未能達到設計要求，其一是不平度＞0.02 mm；其二是與孔軸線垂直度超差。

根據以往經驗，以上偏差均可利用刮削卡環的辦法進行調整。

（2）首次盤車前檢查了推力頭與卡環之間無間隙，根據下端軸下法蘭處最大擺度進行了研刮，繼續盤車發現：

1）大軸擺度數據有變化，但變化無規律；

2）推力頭與卡環之間產生了間隙。

推力頭與卡環之間之所以產生間隙，分析推力頭與主軸過盈量太大使得推力頭與軸抱的太緊可能是其主要原因。

5號機測得過盈量與其他機組進行了比較，見表3。

廠家確認的瓶狀軸加工直徑為Φ870.15 mm，與設計圖紙標示的Φ870 h7，即為明顯不符（數據查找依據為《機械設計手冊》），而且與其他各臺機組比較其過盈量確是最大。

表3 5號機與其他機組過盈量對比表 單位：mm

圖3 推力頭結構圖

根據我們以往的實踐經驗及其他抽水蓄能電站實際控制尺寸，我們建議主軸的過盈量按0.10～0.15 mm控制為宜，即當主軸軸頸為Φ870.11 mm時，推力頭內孔直徑應控制在為宜，至多按控制。

（3）如若推力頭外圓與內孔不同心，也會影響盤車測量及擺度的計算，如圖4所示。

設推力頭外圓與內孔（即主軸軸心）的偏心距為e，盤車時上導軸瓦在推力頭的外圓上，這樣，外圓之中心就成為盤車時主軸的旋轉中心，而主軸中心則以偏心距e為半徑繞外圓中心轉動。偏心距e對法蘭處所測的軸中心的擺度：

δ=σ+2e

式中：δ-法蘭處全擺度測值；

σ-主軸軸線與推力頭摩擦面不垂直造成的全擺度，也就是卡環刮磨的參照值。

因此，在計算卡環最大刮削量時，剔除偏心距e（或不同心度）的影響，其計算結果才是正確的。所以熱套推力頭之前，對推力頭外圓與內孔的不同心度，或熱套推力頭之后，用測圓架檢測推力頭外圓與軸心的偏心距e，根據設計圖紙及目前的加工工藝，個人認為出現此情況的可能不大，但在當時情況下，此種情況也在考慮范圍內。

圖4 推力頭與主軸偏心圖

（4）其他問題

1）卡環經多次刮磨，其上下平面的平面度已經與設計要求（圖5）相去甚遠，如若未進行高精度加工處理是難以再繼續使用的。

圖5 卡環機構示意圖

2）由于推力頭與主軸存在過盈量，在刮磨卡環后應采取推力頭加溫未冷卻的同時，即裝入卡環并轉換轉子重量，使推力頭上平面與卡環緊密接觸無間隙，才可能收到糾正轉動平面與軸線不垂直的效果。因此，推力頭在熱狀態下的上平面不應阻礙卡環入槽。如若由于加工誤差出現這種情況，應對推力頭內孔下部（見圖6之“B面”）進行切削加工。

3）當然，刮磨后卡環的局部高點也是一個可能影響盤車擺度的因素，必須嚴格執行每刮完一遍就重新涂一層藍丹，用平板推磨檢驗并采用砂布、細油石磨平高點的工藝措施。

4）同時，我們還注意到，推力頭與卡環接觸的結合面加工十分粗糙（見圖7（a）），需進行精磨達到與卡環相同的精度Δ1.6而不應是Δ6.3。

圖6 推力頭結構圖

圖7 推力頭上平面兩次加工對比

5 處理方法

根據5號機盤車情況推力頭的相關尺寸進行了分析，最終確定的處理方案是對推力頭與瓶狀軸過盈配合的位置進行加工處理，同時對推力頭上平面及卡環進行研磨加工，以滿足相關的設計要求。加工后的推力頭上平面精度滿足 Δ1.6，（見圖 7（b）），推力頭與瓶狀軸配合位置通過加工滿足過盈配合要求，推力頭內孔下部（見圖6之“B面”）進行切削加工約1 mm，滿足高度要求，卡環平面進行研磨處理。通過對幾個關鍵部位的加工處理后，推力頭順利完成套裝和盤車工作。

6 結論

惠蓄電站5號機推力頭通過處理后盤車順利完成，同時也驗證了相關分析的必要性和正確性，目前惠蓄電站5號機組已投入商業運行，機組各工況運行良好。惠蓄電站5號機推力頭的處理方案，為今后類似機組安裝提供了寶貴的經驗。