沙河抽水蓄能機組推力頭拆裝

郁謝棟

（江蘇沙河抽水蓄能發電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 概述

沙河抽水蓄能電站總裝機容量為100 MW，由兩臺50 MW的可逆式水泵水輪機組成，采取機變單元接線方式，通過220 kV正母線、由單回沙茶4 576線路經溧陽茶亭變接入江蘇電網。1號機組轉輪生產廠家為哈爾濱電機廠有限責任公司，發電機生產廠家為法國ALSTOM，額定轉速為300 r/min，發電電動機額定容量為50 MW，設計最高水頭121 m，設計最低水頭100.5 m，額定水頭97.7 m，機組安裝高程為-8 m，單臺機組發電額定流量為60.8 m3/s，單臺機組最小揚程抽水流量53.7 m3/s。

推力頭拆裝是機組A修的重要工序之一，一直以來也是檢修工作的重點和難點，推力頭是否拆裝順利，決定了直線工期。本文主要講述了沙河抽水蓄能電站1號機組A修中拆裝推力頭的過程，介紹推力頭在熱拔和熱套過程中遇到的問題，并列舉出推力頭熱拔和熱套過程中的關鍵節點，其中推力頭加熱情況與熱膨脹量為工序成功與否最重要的因素。

沙河抽水蓄能電站發電機組為懸式結構，即推力軸承位于轉子上方，通過推力頭將機組整個旋轉部分的重量懸掛起來，并且還承受來自水力機械的軸向推力。轉子或轉輪需吊出檢修時，必須將推力頭拔出后才能取出。發電機大軸和推力頭之間采用過盈配合，從而確保發電機大軸和推力頭連接緊密無間隙。推力頭材質ASTM A668，高度480 mm，發電機軸和推力頭的配合高度為425 mm，過盈配合高度為275 mm，過盈量為20 dmm，需加熱使得推力頭的膨脹量大于過盈量20 dmm后才能拆解。卡環分瓣組裝，材質S355J，高度78 mm，內徑355 mm，單瓣卡環重70 kg。推力頭結構見圖1。

圖1 推力頭結構圖

2 前期物資準備

2.1 重點物資

推力頭加熱裝置，主要包括：加熱器，智能溫控裝置，硅酸鋁保溫毯。

加熱器分上、下兩層加熱，上層加熱器尺寸φ815 mm×255 mm-853 mm×255 mm，7.5 kW/220 V ×3；下層加熱器尺寸φ1 000 mm×225 mm-1 046 mm ×225 mm，7.5 kW/220 V×3。

加熱器功率計算過程如下：

（1）推力頭加熱所需的有效熱量Q1，公式為Q1=GC×（T1-T0）

式中：G為工件重量，取1 800 kg；C為鋼比熱（0.48 kJ/（kg·℃）。

從環境溫度升至120℃按8 h計算，則每小時平均所需熱量為

Q1=1 800×0.48×120/8=12 960 kJ/h

（2）保溫材料的熱損失Q2，公式為Q2=[（T1-T2）/（S/λ+f）]×F

式中：T1為目標溫度，取120℃；T2為環境溫度，取0℃；S為硅酸鋁纖維毯度，取0.05 m；λ為硅酸鋁纖維毯導熱系數，取0.046 kJ/（mh℃）；F為保溫材料表面積，取2 m2；f為綜合傳熱系數，取0.06。

則Q2=[（120-0）/（0.05/0.046+0.06）]×2=209 J/h。

（3）保溫材料的蓄熱量Q3，公式為Q3=V×γ×C×（T1-T2）/t

式中：T1為目標溫度，取120℃；T2為環境溫度，取0℃；V為硅酸鋁纖維毯體積，取0.1 m3；γ為硅酸鋁纖維毯容重，取128 kg；C為保溫材料比熱，取0.24；則Q3=0.1×128×0.24×(120-0)/8=46 kJ/h。

（4）最后計算推力頭升溫至120℃每小時所需總熱量Q：

換算成電功率，則為P=（Q/860）×K

式中：860為熱量與功率換算常數；K為經驗補償系數，取3。

智能溫控裝置工作原理如下：

PROCO-ATH50-6P系列智能型熱處理溫度控制箱,是專門為電加熱器配套設計制造的控制設備,通過智能型日本島電SHIMADEN SRS系列溫度控制儀表，來對被加熱物體所需要的溫度進行設定,并可以自動切換可控硅的導通和截止,以實現對溫度的控制,輸出電流也可利用控制面板上的調壓旋鈕來調整,而控制面板上的電壓表所指電流即為輸出到高溫加熱器上的電流,調壓部件均為全模塊設計,穩定性較高。電路原理見圖2。

圖2 電路原理圖

推力頭加熱器裝置使用方法如下：

（1）打開箱體，檢查單元之間連接有無松動現象,測量單元之間相間的絕緣。

（2）將電源線接在箱體后面的電源輸入接線柱上,電源線線徑應大于等于25 mm2。

（3）把熱電偶頭接到在箱體后面的熱電偶接線端子上,從熱電偶接線柱到熱電偶的引線用專門的熱電偶溫度補償引線,紅接+,黑接-。

（4）將布置好的加熱器有規律的接在輸出端子上,并將插頭按順時針方向旋轉45°,以便接觸良好。

（5）按照加熱器上的使用電壓來調節輸出電壓。

（6）開啟電源開關,設定所要熱處理溫度曲線。

2.2 其他物資

盤車架1個、點溫計1個、敲擊扳手5把、10 t導鏈1臺、5 t導鏈3臺、拔推力頭專用工具1套、M36螺栓（42 cm）3根（配螺帽厚53 mm、墊圈）、定做鐵扳手（孔徑55 mm）3把、60 cm紫銅棒（Φ30 mm）1根、對講機5只、1.44 m×1.44 m×1.1 m保溫架1個（注：保溫架用鋼筋焊接而成，保溫架四周用石棉布圍好）、強光手電3只、1 mm厚環氧板8塊（推力瓦大小）、游標卡尺1只、板尺1只、框式水平儀1只、塞尺1套、內徑千分尺1只。

3 工藝要求

油槽底水平：±0.05 mm

推力鏡板螺栓：25 kgm（±10%）

鏡板水平＜0.02 mm/m

加熱要求，監測膨脹量0.6 mm～0.8 mm

推力瓦相對高度差±0.05 mm

卡環上端面間隙：0

推力瓦絕緣：不小于10.2 MΩ

內擋油圈間隙 2.5 mm

推力軸承高壓頂起壓力試驗：30 MPa，30 min

GB/T 8564-2003《水輪發電機組安裝技術規范》

ALSTOM 35 V 10B 004E規定及NEMA MG5-2規定

4 熱拔推力頭過程

4.1 熱拔準備工作

拆除發電機上蓋板，拆除發電機狀態指示燈電源線，拆除勵磁大線、碳刷、鐘罩，拆除上導油盆蓋上振動、擺度等自動化元件，拆除上導油盆蓋呼吸器，拆除上導油盆蓋緊固螺栓及銷釘，吊出上導/推力油盆蓋，排油至上導瓦架以下、鏡板以上。測量上導瓦間隙，測量上導油盆壁（或瓦架）至推力頭的距離并記錄，測量上導油盆下擋油圈間隙值，排空上導油盆，拆除勵磁導電母排，拆除卡環固定螺栓，轉動部件頂起15 mm，分解發電機軸和水輪機軸。

4.2 熱拔推力頭過程

（1）推力頭螺絲孔內注入適當透平油，裝溫度計（0～200℃），大軸內通壓縮空氣冷卻。

（2）采用新設計的專用加熱器（上下環共45kW）對推力頭進行加熱。

（3）在加熱器加熱過程中，檢修人員用塞尺實時測量卡環上端面和卡環槽之間的間隙（間隙變化0～2mm）。

（4）加熱器加熱35 min后，此時推力頭的膨脹量達到推力頭的過盈量（20 dmm），卡環依靠自身重量落下，此時推力頭螺絲孔內的溫度為79℃。

（5）取卡環，卡環上端面與卡環槽出現間隙時，用銅棒將分瓣卡環分別拆出，并吊至指定位置。

（6）將6×25 mm弧形墊塊放在發電機軸頭，安裝推力頭專用工具到位后，檢修人員將專用工具調整至水平位置，然后 9人分成 3組，每組3人，2人一邊用長柄扳手同時轉動M36螺母起拔推力頭，推力頭水平緩慢上升，順利拔出。

注：設專人實時監視推力頭水平度，如出現偏斜現象，操作人員及時糾正。

5 熱套推力頭過程

5.1 熱套準備工作

制動風閘系統安裝完成并驗收合格，上導推力油槽底水平、推力瓦相對高度差、推力瓦絕緣滿足要求，測量鏡板水平，允許誤差范圍0.02～0.05 mm/m，8塊推力瓦分別放置8塊隔熱環氧板，鏡板、推力頭連接，鏡板吊裝放平，安裝鏡板上3個定位銷，橋機起吊推力頭與鏡板連接，卡環進行檢查修磨。

5.2 熱套推力頭過程

（1）用橋機、手拉葫蘆懸吊推力頭與鏡板，安裝推力頭加熱器及保溫設施，調整推力頭水平，滿足0.02 mm/m，將推力頭及鏡板置于保溫架內。

（2）轉子上端頭與推力頭接觸面檢查清掃，無附著物，表面光滑，大軸上涂凡士林。

（3）將兩瓣卡環分別放置在推力頭上端面，用塞尺檢查高點和間隙，需無間隙。

（4）加熱器（僅用上環22.5 kW）加熱推力頭和鏡板，測量推力頭內徑膨脹量 80 dmm～100 dmm時回裝推力頭，實測膨脹量92 dmm（112℃）。

（5）熱態裝卡環，用橋機將卡環、推力頭、鏡板整體上拉20 t左右，測量卡環上端面間隙為0，過程中監測卡環上端面間隙變化情況。

（6）4 h后檢查發現卡環-y、-x方向上端面間隙為0.06 mm，應為0 mm，不滿足安裝技術要求。

（7）組織分析原因，因為橋機鋼絲繩長度較長，拉力大小難以長時間保持穩定，在受到推力頭冷卻應力的作用下，容易出現偏差，產生卡環間隙。

（8）在推力頭冷卻至室溫后，重復推力頭熱拔過程。

（9）待卡環、推力頭下落后，將轉動部件（約137 t）緩慢下落到推力瓦上（之間鋪設1 mm厚環氧板保護推力瓦），使用整體轉動部件重量代替橋機拉力，后自然冷卻，測量卡環上端面間隙為0，達到回裝要求。

6 總結

本文主要講述了沙河抽水蓄能電站1號機組A修中拆裝推力頭的過程，介紹推力頭在熱拔和熱套過程中遇到的問題，并列舉出推力頭熱拔和熱套過程中的關鍵節點，總結如下：

（1）推力頭加熱情況與熱膨脹量為工序成功與否最重要的因素，本次A修所采用新的加熱器的結構能較好的滿足加熱要求，保溫毯的包裹結構更加合理，熱拔推力頭較上輪A修70 min縮短至35 min，且拆裝更為方便。

（2）熱套推力頭盡量在上午完成，以免影響夜間進行自然冷卻階段的卡環間隙監測。

（3）自然冷卻階段，應避免使用橋機保持拉力，橋機鋼絲繩長度較長，拉力大小難以長時間保持穩定，在受到推力頭冷卻應力的作用下，容易出現偏差，產生卡環間隙。