淺析水輪發(fā)電機(jī)組水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸連接工藝的改進(jìn)

張 毅 陳新泉

國家能源集團(tuán)新疆開都河流域水電開發(fā)有限公司 新疆 和靜 841300

1 概述

某電站裝機(jī)三臺，單機(jī)容量110MW，總裝機(jī)容量330MW。發(fā)電機(jī)的型式為懸式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)型號為：SF110-22/6730，由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司設(shè)計制造；額定容量：117.7MVA；額定轉(zhuǎn)速：272.7rad/min；飛逸轉(zhuǎn)速：505rad/min，水輪機(jī)型號為：HLA855a-LJ-310，由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司設(shè)計制造；額定水頭：135m；額定流量：85.3m3/s；轉(zhuǎn)輪直徑：3100mm；額定功率105.2MW。

2 水輪發(fā)電機(jī)組主軸的作用及結(jié)構(gòu)型式

轉(zhuǎn)軸是水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動部分的重要組成部件。其受力情況比較復(fù)雜，主要用于傳遞扭矩，承受機(jī)組部分的重量和水推力產(chǎn)生的軸向力，以及定、轉(zhuǎn)子氣隙不均引起的單邊磁拉力和轉(zhuǎn)子機(jī)械不平衡力等，并且還要承受事故狀態(tài)下的非正常力矩。從機(jī)組機(jī)構(gòu)尺寸、機(jī)械強度和剛度的要求以及加工制造、安裝運輸?shù)榷喾矫嬉蛩氐木C合考慮，轉(zhuǎn)軸采用的結(jié)構(gòu)型式也不同，近年來隨著機(jī)組容量的不斷增加，轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)型式也隨之改變，以滿足不同工況下的運行要求。其結(jié)構(gòu)型式主要有一根軸結(jié)構(gòu)和分段軸結(jié)構(gòu)。而分段軸結(jié)構(gòu)就需要用螺栓進(jìn)行把合連接，在機(jī)組檢修時就要對分段軸進(jìn)行連接。分段軸結(jié)構(gòu)是指在轉(zhuǎn)子上部裝有上端軸(一般又稱為頂軸)，在轉(zhuǎn)子中心體的下部裝有下端軸(一般又稱為主軸或者發(fā)電機(jī)軸)，另外還有一段軸與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪連接，我們稱為水輪機(jī)軸。水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸(以下簡稱水發(fā)大軸)連接的好壞直接影響機(jī)組軸線質(zhì)量

3 某電站水輪機(jī)軸及發(fā)電機(jī)軸主要結(jié)構(gòu)

水發(fā)大軸用螺栓連接，端部用凸肩和內(nèi)止口定位。水發(fā)大軸均為中空結(jié)構(gòu)。水輪機(jī)軸軸長3830mm，軸身最大外徑Φ800mm，內(nèi)徑Φ500mm，其下端采用18-M90×6的螺栓與轉(zhuǎn)輪連接，上端采用18-M90×6螺栓與發(fā)電機(jī)下端軸連接。發(fā)電機(jī)大軸長2760mm，軸身最大外徑Φ800mm，內(nèi)徑Φ500mm，上端采用20-M80X6螺栓與轉(zhuǎn)子下端面連接。上、下法蘭端面外徑分別為Φ1340mm和Φ1270mm。連接方式采用銷套定位的結(jié)構(gòu)。水發(fā)大軸分別重約11.83T和10.165T。

4 水發(fā)聯(lián)軸前準(zhǔn)備工作

4.1 將18顆水發(fā)聯(lián)軸螺栓做超聲波檢查無任何缺陷。

4.2 認(rèn)真清掃發(fā)電機(jī)法蘭面下表面、水輪機(jī)法蘭面上表面、水發(fā)連軸法蘭穿銷孔、仔細(xì)打磨聯(lián)軸螺栓頭部、聯(lián)軸螺母受力面、確保連接時受力面接觸良好。

4.3 聯(lián)軸螺栓頭部與聯(lián)軸螺母結(jié)合部分全部涂上防止螺紋咬死的高級潤滑脂。

4.4 聯(lián)軸螺栓變形測量孔在裝設(shè)螺栓變形測量計前要用面粉去粘除孔內(nèi)的污物，并用手電筒檢查干凈無毛刺后用棉布把螺栓變形測量孔包扎起來。總之，應(yīng)確保螺栓變形測量工具測量精度。

4.5 檢查液壓拉伸器及其液壓油是否工作正常；檢查液壓油是否足夠；螺栓變形測量計準(zhǔn)備好。

5 水發(fā)聯(lián)軸安全措施(含危險點分析)

5.1 檢查水發(fā)聯(lián)軸平臺是否牢固可靠并進(jìn)行加固。

5.2 防止轉(zhuǎn)輪體提升造成設(shè)備損壞：檢查檢修平臺與轉(zhuǎn)輪體脫開；檢查葉片與轉(zhuǎn)輪室的楔子板已經(jīng)取走；檢查頂蓋內(nèi)無異物卡阻影響轉(zhuǎn)輪體提升；檢查水導(dǎo)油槽內(nèi)無異物卡阻影響轉(zhuǎn)輪體提升；檢查座環(huán)、底環(huán)與轉(zhuǎn)輪體間隙無異物卡阻在內(nèi)；檢查活動導(dǎo)葉全部在關(guān)閉位置。

5.3 用制動用氣投上制動器，并將鎖定螺母鎖定一定高程，使制動閘板與制動環(huán)接觸。防止聯(lián)軸時機(jī)組轉(zhuǎn)動部分在鏡板上面滑動。鏡板水平值保證在0.02mm/m-0.03mm/m之間，

5.4 液壓拉伸器、快速接頭、高壓軟管耐壓試驗合格。液壓拉伸器最大拉伸長度一次不得超過12mm，如果液壓拉伸器在工作中出現(xiàn)明顯滲油現(xiàn)象，在檢查兩個水發(fā)聯(lián)軸螺栓拉伸值及液壓拉伸器扳柄緊度相同相同后停止打壓，卸壓檢查滲漏部分，分析滲漏原因進(jìn)行滲漏處理。使用時，應(yīng)放平不得歪斜，在升壓過程中，應(yīng)觀察其活塞行程，不得超過工作行程；工作人員不得站在拉伸器上方；拉伸器工作完畢，應(yīng)先降壓至零，再松動或緊固接伸工具螺栓。

5.5 絕對不允許吊起轉(zhuǎn)子，強行穿入水發(fā)聯(lián)軸螺栓，水發(fā)聯(lián)軸螺栓必須在靜止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行。

5.6 防止個別螺栓受力過大，認(rèn)識關(guān)注水發(fā)聯(lián)軸螺栓“同步拉伸”重要性

5.7 防止液壓拉伸器高壓軟管突然破裂傷人，人要站在比高壓軟管更低位置進(jìn)行工作。

5.8 水發(fā)聯(lián)軸時不允許同時安排發(fā)電機(jī)空氣間隙的測量工作，必須待水發(fā)大軸法蘭面間隙為零才可以安排，否則轉(zhuǎn)動部分位置移動可能造成楔子板或測量工具卡死在空氣間隙內(nèi)。

5.9 防止水發(fā)聯(lián)軸時頂轉(zhuǎn)子，必須將頂轉(zhuǎn)子油泵電源拆除，將所有的閥門全部打開，懸掛“禁止操作 有人工作”標(biāo)示牌，并口頭通知所有檢修人員不得擅自開展頂轉(zhuǎn)子工作。

5.10 在進(jìn)行聯(lián)軸作業(yè)時，應(yīng)提供充足照明。

6 水發(fā)聯(lián)軸技術(shù)措施及工藝措施

6.1 檢查所有的安全措施已經(jīng)落實、準(zhǔn)備工作已經(jīng)全部做好。

6.2 水發(fā)聯(lián)軸法蘭面間隙測量和調(diào)整。

6.3 用兩個32T千斤頂可以調(diào)整水發(fā)聯(lián)軸法蘭面周向、X、Y軸各相差1-2mm中心調(diào)整。初次找正水發(fā)聯(lián)接螺栓位置時應(yīng)該在水車室內(nèi)徑向布置兩個千斤頂，按要求頂靠水輪機(jī)大軸使之與發(fā)電機(jī)軸相平齊

6.4 如果水發(fā)聯(lián)軸法蘭面間隙達(dá)到技術(shù)要求，那么先用四個液壓提升器將轉(zhuǎn)輪(帶水輪機(jī)軸)提起，液壓提升器必須經(jīng)過全面檢查合格，油泵油位正常。待提升到水發(fā)法蘭面止口開始進(jìn)入時停止，仔細(xì)檢查水發(fā)聯(lián)軸法蘭面，然后用鋼板尺卷上干凈白平布，蘸上酒精將法蘭面清掃一遍。清掃完后繼續(xù)提升水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪(帶水輪機(jī)大軸)，當(dāng)水發(fā)法蘭無間隙時停止提升。

6.5 對稱將18-M90×6聯(lián)軸螺栓穿過，并旋上聯(lián)接螺母，在聯(lián)軸螺栓穿銷過程中要是螺栓按原拆卸位置裝復(fù)。盡量將18顆水發(fā)聯(lián)接螺栓全部穿入。整個穿入過程中可以用大型銅棒輕輕地敲擊放松螺栓，穿入螺栓旋緊螺母必須加入高級潤滑脂，整個操作過程每個工作人員必須非常清潔，防止灰塵進(jìn)入絲扣造成螺栓永久性咬死損壞。

6.6 在第一組聯(lián)軸螺栓變形測量孔上架設(shè)好螺栓變形測量計和百分表，將百分表大針對“0”，小針統(tǒng)一對“5”。架設(shè)百分表前，要用手電筒檢查螺栓變形測量計和測孔光滑、整潔、無毛刺。

6.7 啟動油泵，將第一組聯(lián)接螺栓拉伸值拉至0.20mm時，用0.03mm塞尺檢查水發(fā)聯(lián)軸法蘭面不能通過，在整個聯(lián)軸螺栓拉伸過程中，要派兩個人用銅棒用力敲擊裝在聯(lián)軸螺母的扳柄將聯(lián)軸螺母扳緊。拉伸高度一次不得超過12mm，超過12mm就可能造成液壓拉伸器O型密封圈損壞。

6.8 將另外六組聯(lián)軸螺母用手旋緊使其緊靠發(fā)電機(jī)法蘭面，然后開始進(jìn)行其他六組聯(lián)軸螺栓拉伸，分別在400bar、700bar、900 bar作三次停頓，一般來說在900bar油壓下，聯(lián)軸螺栓拉伸值可達(dá)0.40±0.02mm。

6.9 松開第一組聯(lián)軸螺栓至螺栓拉伸值為零，重新啟動油泵按要求將聯(lián)軸螺栓拉伸至0.40mm。

6.10 仔細(xì)分析統(tǒng)計18顆聯(lián)軸螺栓拉伸值是否都達(dá)到設(shè)計拉伸值，確認(rèn)無誤后將所有聯(lián)軸工具拆除。

6.11 水發(fā)大軸連接前，應(yīng)仔細(xì)清掃和檢查連接法蘭面，確保法蘭面無異物和高點，安裝時應(yīng)多次檢查且用酒精和白布清掃法蘭面。水發(fā)大軸連接后，應(yīng)用0.02mm的塞尺全圓周內(nèi)仔細(xì)檢查連軸法蘭面的接觸情況。

圖6-1 水發(fā)聯(lián)軸工藝流程

6 結(jié)束語

通過對水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸連接工藝的改進(jìn)，使水發(fā)聯(lián)軸達(dá)到了預(yù)期的技術(shù)指標(biāo)，而且使得大家更清楚的了解水發(fā)大軸連接工藝，并且為同類型機(jī)組大修時水發(fā)聯(lián)軸打下了良好的基礎(chǔ)，積累了經(jīng)驗。也為其他電站同類型的機(jī)組大修時水發(fā)聯(lián)軸提供參考