銀盤電站1 號機組A 修轉輪部件磨損及修復

李東輝

（重慶大唐國際武隆水電開發有限公司，重慶 408506）

1 轉輪結構簡介

作為水輪發電機組的核心部件之一，轉輪的主要作用是把水的勢能和動能轉化為旋轉機械能，然后通過主軸帶動發電機轉子旋轉，轉輪是水輪發電機組產生電能的原動部件。

銀盤電站機組均采用軸流轉槳式轉輪，帶有6 葉片，主要由轉輪蓋、輪轂（轉輪體）、操作架、耳柄、槳葉、連桿機構、葉片樞軸、活塞、活塞桿等部件裝配而成。轉輪輪轂最大直徑為3.85 m，整體總重量約253.63 t。槳葉采用單支承結構，通過9顆M130 螺栓將槳葉與樞軸、轉臂連接在一起，樞軸通過內軸套和外軸套固定在轉輪體的槳葉樞軸孔內。操作架、活塞、活塞桿組成透平油充壓式傳動結構，操作架與轉臂通過連桿機構聯接，組成類似于曲柄滑塊機構。受油壓作用，活塞、活塞桿、操作架作上下直線運動，轉臂、樞軸和槳葉通過連桿機構將上下直線運轉化為圓弧運動。

采用銅合金制成的L 形銅套作為樞軸與輪轂間的轉動摩擦副。槳葉轉臂為合金結構鋼鍛造制成，合金結構鋼規格編號為35CrMo，材料本身具有很高的靜力強度、沖擊韌性及較高的疲勞極限（表1、圖2）。

表1 35CrMo 合金結構鋼化學成分 %

當機組穩態運行時，該接觸面承受水流沖擊產生的壓應力，機組調整負荷時該接觸面承受槳葉轉動與水流沖擊所產生的壓應力和滑動摩擦力

2 轉輪部件磨損情況

2020 年11 月，銀盤電站1 號機組開展計劃性A 修，將機組上機架、轉子、下機架、主軸、支持蓋、轉輪、頂蓋按照吊裝流程逐一吊出機坑，將轉輪放置在安裝間指定位置的支墩上作進一步解體檢修。對轉輪解體檢修過程中，檢查發現輪轂軸套、連桿機構轉臂等部件均出現不同部位、不同程度磨損、啃噬等損傷情況，其主要損傷情況如下。

（1）L 形外軸套（銅質材料）內側環面有磨損，磨損位置主要集中在壓應力較大的上右部分（從轉輪內部向外看），磨損程度大部分在0.08～0.12 mm，個別坑點較深。L 形外軸套外側環面與樞軸環面接觸，接觸面積較大，所受壓應力較小，未見明顯磨損（圖1）。

圖1 L 形外軸套內側環面磨損

（2）轉臂大法蘭面與L 形外軸套內側面直接貼合部分有較嚴重偏磨、研蝕，磨損區域與外軸套內側面受損位置相對應，外軸套內側面磨損產生的細小銅顆粒把轉臂大法蘭面上左邊部外邊緣的接觸面損傷成麻點小坑。其中6 號轉臂大法蘭最大磨損深度約0.30 mm，麻點小坑呈現與軸套套相近顏色并可見細小黃銅材料顆粒（圖2）。

圖2 轉臂大法蘭面部分磨損

（3）連桿機構中耳柄螺栓與操作架接觸的端面有局部磨損，磨損位置主要分布在半側靠近耳柄螺桿周邊，磨損區域為斑狀分布且呈現暗銀色金屬光澤，其內部可見數個細小凹坑，其中6號槳葉連桿機構的磨損痕跡比較明顯（圖3）。

圖3 耳柄螺栓部分磨損

（4）連桿機構連板與圓錐銷的銷孔均出現崩裂缺失，其中以軸向單邊崩裂啃噬為主，引起原因是銷孔深度過大導致銷釘竄動后出現間隙，如果繼續長期運行將造成連桿機構松動、槳葉拒動等設備安全風險（圖4、圖5）。

圖4 連板銷孔崩裂啃噬

圖5 圓錐銷銷孔崩裂啃噬

3 相應修復方案及技術要求

根據轉輪部件各部位磨損程度的客觀分析，結合其他電站相似情況的處理方式，并與設備制造廠家協商，最終確定以下技術措施進行處理：

（1）由于L 形外軸套外形尺寸較大，重量達200 kg，在原有基礎上修復處理較為困難，遂聯系東方電機廠作為協作處理廠家，對原有6 個L 形外軸套進行拆除，采用大小、材料都相同的新L 形外軸套替換，銅套與輪轂采用冷壓裝配后再作精加工，其銅套材料為CuAl10Fe5Ni5，抗拉強度≥640 MPa、屈服強度≥250 MPa、延伸率≥13%，其他標準見表2。

表2 CuAl10Fe5Ni5材料標準

（2）轉臂本身為高強度材料不允許補焊，補焊將導致高溫裂紋。查看機組圖紙可知，轉臂大法蘭面為精加工面厚150 mm、留有0.3 mm 的負余量，于是對整個大法蘭面進行機床整體磨削處理，磨削過程中不準接刀，控制進刀深度，觀察磨削面的粗糙度及磨損痕跡是否消除，完成后再精車，控制整體車削量不大于0.15 mm，其磨削表面粗糙度必須滿足原有圖紙要求，達到Ra0.8。通過該方式盡可能消除原有磨損金屬層，做此處理后轉臂大法蘭與L 形外軸套貼合處的壓應力與滑動摩擦力均小于材料自身的許用應力，且峰值應力（最大組合應力）也小于材料的屈服強度，對于整個轉輪傳動機構的使用滿足其強度要求（圖6）。

圖6 轉臂加工尺寸

（3）需要對磨損部件對于連桿機構中耳柄螺栓端面的局部磨損，先采用砂輪機打磨平滑，消除原有磨損痕跡，然后用507 不銹鋼焊條進行堆焊、焊補處理，堆焊部位保持受焊均勻，然后用砂輪機打磨，保證堆焊部位與周邊組織同等平整光滑。在進行堆焊過程中，必須考慮耳柄端面圓度，不能進行連續、長時間施焊，采取間隔施焊并逐漸冷卻堆焊部位，焊條應沿圓周方向游走，以增加后續與操作架貼合的承受強度，焊補部位打磨處理后必須用刀口尺進行平整度檢查，最后作探傷檢查，以保證焊補部位無暗傷遺留。

（4）對于轉輪連桿機構圓錐銷，首先在原有損壞基礎上進行堆焊、焊補處理，并在中心對稱位置重新鉆鉸新銷釘孔。要注意的是，雖然破損銷釘孔為少數現象，但應將轉輪其他連桿機構做相同加工處理，避免后續出現同樣破損。

4 修復過程中需注意的事項

針對修復處理措施要求，將輪轂外送至四川德陽東方電機廠進行加工，將轉臂外送至重慶燕昌加工中心進行磨削加工，其中更換外軸套的難點在于必須確保L 形外軸套其外形尺寸大，加工精度要求高，在冷壓裝配過程中不能出現跳動，而轉臂大法蘭面磨削需提前制作合適工裝并在車床上進行調平。重慶大唐國際武隆水電開發有限派遣檢修技術人員全程跟蹤修復部件的運輸和加工，充分與加工協作廠家溝通，確保部件修復處理質量滿足技術要求。其中需要注意的加工工序，如輪轂上加工機床時的裝夾防護、樞軸孔的定心找正、換裝銅套鑄造質量的探傷檢驗、基準尺寸的現場測量、銅套壓裝后各項參數復測、轉臂加工工裝的制作及調平等，均應在技術人員的監督參與下進行并做好相應記錄，最終數據和實際加工效果須在得到技術人員認可后方可進行下一步加工工作，直至工序全部結束。只有通過對修復處理的全過程控制和驗收，才能有效杜絕誤操作或工藝控制不嚴格造成的轉輪部件不可修復現象發生，不影響整個機組檢修工期。

全部部件加工驗收合格后，將修復處理完成的部件做好防護，避免運輸過程中發生表面氧化銹蝕，運回電站安裝間后進行回裝，回裝工作應嚴格按照作業指導書開展，確保轉輪內部部件在回裝過程中不會出現磕碰、卡死等工藝問題，回裝后對轉輪進行耐壓和動作試驗，觀察機構運動的情況，是否有卡澀、異常聲響等現象，以保證裝配質量合格。

5 結束語

銀盤電站1 號機組A 修轉輪部件磨損修復處理，由于事先做了精心準備，制定了完善合理的技術措施和跟蹤流程，選擇了綜合技術實力較強的加工協作廠家，修復過程中技術人員嚴格進行過程監督與控制，全部部件通過修復處理均達到理想情況，部件回裝后轉輪的各項試驗檢測結果均滿足修后標準要求。

當前1 號機組已歸調并網運行近3 個月，期間轉輪和機組出力沒有出現異常或不良情況。盡管如此，1 號機組轉輪部件磨損修復處理的效果如何，還有待時間的進一步驗證，日常運行過程中仍需要加強巡視和關注。對于其他機組是否存在相同情況，需結合機組運行數據以及后續檢修解體進行驗證和對應處理。