淺析水輪發電機組水輪機軸與發電機軸連接工藝的改進

張 毅 陳新泉

國家能源集團新疆開都河流域水電開發有限公司 新疆 和靜 841300

1 概述

某電站裝機三臺，單機容量110MW，總裝機容量330MW。發電機的型式為懸式結構，發電機型號為：SF110-22/6730，由哈爾濱電機廠有限責任公司設計制造；額定容量：117.7MVA；額定轉速：272.7rad/min；飛逸轉速：505rad/min，水輪機型號為：HLA855a-LJ-310，由哈爾濱電機廠有限責任公司設計制造；額定水頭：135m；額定流量：85.3m3/s；轉輪直徑：3100mm；額定功率105.2MW。

2 水輪發電機組主軸的作用及結構型式

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

3 某電站水輪機軸及發電機軸主要結構

水發大軸用螺栓連接，端部用凸肩和內止口定位。水發大軸均為中空結構。水輪機軸軸長3830mm，軸身最大外徑Φ800mm，內徑Φ500mm，其下端采用18-M90×6的螺栓與轉輪連接，上端采用18-M90×6螺栓與發電機下端軸連接。發電機大軸長2760mm，軸身最大外徑Φ800mm，內徑Φ500mm，上端采用20-M80X6螺栓與轉子下端面連接。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構。水發大軸分別重約11.83T和10.165T。

4 水發聯軸前準備工作

4.1 將18顆水發聯軸螺栓做超聲波檢查無任何缺陷。

4.2 認真清掃發電機法蘭面下表面、水輪機法蘭面上表面、水發連軸法蘭穿銷孔、仔細打磨聯軸螺栓頭部、聯軸螺母受力面、確保連接時受力面接觸良好。

4.3 聯軸螺栓頭部與聯軸螺母結合部分全部涂上防止螺紋咬死的高級潤滑脂。

4.4 聯軸螺栓變形測量孔在裝設螺栓變形測量計前要用面粉去粘除孔內的污物，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；螺栓變形測量計準備好。

5 水發聯軸安全措施(含危險點分析)

5.1 檢查水發聯軸平臺是否牢固可靠并進行加固。

5.2 防止轉輪體提升造成設備損壞：檢查檢修平臺與轉輪體脫開；檢查葉片與轉輪室的楔子板已經取走；檢查頂蓋內無異物卡阻影響轉輪體提升；檢查水導油槽內無異物卡阻影響轉輪體提升；檢查座環、底環與轉輪體間隙無異物卡阻在內；檢查活動導葉全部在關閉位置。

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接觸。防止聯軸時機組轉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明顯滲油現象，在檢查兩個水發聯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，分析滲漏原因進行滲漏處理。使用時，應放平不得歪斜，在升壓過程中，應觀察其活塞行程，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 絕對不允許吊起轉子，強行穿入水發聯軸螺栓，水發聯軸螺栓必須在靜止狀態下進行。

5.6 防止個別螺栓受力過大，認識關注水發聯軸螺栓“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行工作。

5.8 水發聯軸時不允許同時安排發電機空氣間隙的測量工作，必須待水發大軸法蘭面間隙為零才可以安排，否則轉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。

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

5.10 在進行聯軸作業時，應提供充足照明。

6 水發聯軸技術措施及工藝措施

6.1 檢查所有的安全措施已經落實、準備工作已經全部做好。

6.2 水發聯軸法蘭面間隙測量和調整。

6.3 用兩個32T千斤頂可以調整水發聯軸法蘭面周向、X、Y軸各相差1-2mm中心調整。初次找正水發聯接螺栓位置時應該在水車室內徑向布置兩個千斤頂，按要求頂靠水輪機大軸使之與發電機軸相平齊

6.4 如果水發聯軸法蘭面間隙達到技術要求，那么先用四個液壓提升器將轉輪(帶水輪機軸)提起，液壓提升器必須經過全面檢查合格，油泵油位正常。待提升到水發法蘭面止口開始進入時停止，仔細檢查水發聯軸法蘭面，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。清掃完后繼續提升水輪機轉輪(帶水輪機大軸)，當水發法蘭無間隙時停止提升。

6.5 對稱將18-M90×6聯軸螺栓穿過，并旋上聯接螺母，在聯軸螺栓穿銷過程中要是螺栓按原拆卸位置裝復。盡量將18顆水發聯接螺栓全部穿入。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，防止灰塵進入絲扣造成螺栓永久性咬死損壞。

6.6 在第一組聯軸螺栓變形測量孔上架設好螺栓變形測量計和百分表，將百分表大針對“0”，小針統一對“5”。架設百分表前，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，將第一組聯接螺栓拉伸值拉至0.20mm時，用0.03mm塞尺檢查水發聯軸法蘭面不能通過，在整個聯軸螺栓拉伸過程中，要派兩個人用銅棒用力敲擊裝在聯軸螺母的扳柄將聯軸螺母扳緊。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 將另外六組聯軸螺母用手旋緊使其緊靠發電機法蘭面，然后開始進行其他六組聯軸螺栓拉伸，分別在400bar、700bar、900 bar作三次停頓，一般來說在900bar油壓下，聯軸螺栓拉伸值可達0.40±0.02mm。

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

6.10 仔細分析統計18顆聯軸螺栓拉伸值是否都達到設計拉伸值，確認無誤后將所有聯軸工具拆除。

6.11 水發大軸連接前，應仔細清掃和檢查連接法蘭面，確保法蘭面無異物和高點，安裝時應多次檢查且用酒精和白布清掃法蘭面。水發大軸連接后，應用0.02mm的塞尺全圓周內仔細檢查連軸法蘭面的接觸情況。

圖6-1 水發聯軸工藝流程

6 結束語

通過對水輪機軸與發電機軸連接工藝的改進，使水發聯軸達到了預期的技術指標，而且使得大家更清楚的了解水發大軸連接工藝，并且為同類型機組大修時水發聯軸打下了良好的基礎，積累了經驗。也為其他電站同類型的機組大修時水發聯軸提供參考