600 r/min、350 MW 級抽蓄機組上導滑轉子松動原因分析及處理

畢興強，祝家浩

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 工程概況

長龍山抽水蓄能電站額定水頭710 m，最大發電水頭750.7 m，最大揚程764.1 m，單極抽蓄機組中最大發電水頭為世界第一，抽水揚程為世界第二。電站安裝4 臺額定轉速為500 r/min 和2 臺額定轉速為600 r/min、單機容量350 MW 的大容量水泵水輪發電機組，電站總裝機容量2 100 MW，為全國唯一在同一個抽蓄電站廠房內連續布置兩種不同高額定轉速抽蓄機組的廠房，布置復雜程度高，機組及結構振動控制要求較高。其中5 號、6 號機組額定轉速600 r/min、單機容量350 MW 抽水蓄能機組為該轉速下世界最大單機容量的抽水蓄能機組。

2 抽水蓄能機組甩負荷試驗

抽水蓄能機組甩負荷試驗是對機組設計、制造和安裝質量的關鍵考核性試驗，也是對機組安全可靠性的實際檢驗。其目的主要是檢測機組甩負荷時壓力鋼管與蝸殼最大壓力上升值、尾水管真空、機組最高轉速上升值及接力器關閉規律，評價機組能否滿足調保計算及設備生產廠家關于壓力上升率、轉速上升率的設計要求，保證機組的運行安全。

3 上導滑轉子松動原因分析

長龍山抽水蓄能電站6 號機組在甩75%負荷試驗時，監測系統顯示機組上導軸承擺度發生突變，上導軸承瓦溫存在持續升高態勢，為確保安全決定停機。停機后對機組進行整體檢查未發現任何異常，由于在機組甩負荷過程中只有上導軸承擺度及瓦溫發生明顯突變，而下導軸承、水導軸承擺度及瓦溫未發生明顯變化，結合上導滑轉子與主軸結構（圖1）分析，初步判斷是由于上導滑轉子出現松動所導致。

圖1 上導滑轉子與主軸結構示意圖

上導滑轉子由內環、外環組成，內環包繞絕緣層后與外環整體熱套至主軸上，根據機組制造廠家提供的原始材料及數據分析發現，主軸與上導滑轉子內環、外環的尺寸均為過盈配合，且外環相對內環過盈量更大，目的就是確保機組在高速運轉時主軸與上導滑轉子內環、外環兩兩之間不發生相對位移。

為驗證上導滑轉子出現松動，采取在上導滑轉子軸向位置、徑向位置架設百分表的方式進行盤車檢查（圖2）。

圖2 上導滑轉子百分表架設示意圖

通過表1 數據可以得出，上導滑轉子盤車一周的軸向跳動量為0.35 mm（高點位置在9 號磁極，低點位置在4 號、5 號磁極之間，高低點差值即為跳動量），結合徑向百分表讀數，可判斷上導滑環子確實由于松動產生了傾斜。

表1 上導滑轉子盤車檢查（上導擺度第一次發生突變后）單位：mm

其松動的原因可能是因為主軸與上導滑轉子內環、外環的尺寸過盈量偏小，在甩負荷瞬間由于機組轉速驟升，巨大的離心力作用下主軸與上導滑轉子內環、外環之間產生間隙，上導滑轉子發生松動，導致機組上導軸承擺度突變，上導軸承瓦溫持續升高。

4 上導滑轉子松動處理工藝

4.1 上導滑轉子加熱處理工藝

（1）對上導軸承瓦進行防護，采用白布、防火篷布將其覆蓋嚴實，避免上導軸承瓦及上導油盆過熱，同時防止雜物掉入油盆。

（2）拆除上導軸承部位的振擺監測裝置、上導軸承瓦測溫電阻等自動化元件，將其固定于上導油盆外部并用白布進行包裹防護。

（3）在上導滑轉子內環與外環之間安裝聯接壓板，聯接壓板內側壓在內環上平面，通過上、下兩個包在螺栓外的套管將聯接壓板固定于套管中間，將螺栓打緊后，可以將上導滑轉子內環與外環軸向固定，避免在加熱過程中產生相對軸向位移。

（4）在上導滑轉子外側布置固定加熱塊，加熱塊與上導滑轉子外環之間應留有30~50 mm 間隙，避免在加熱過程中上導滑轉子外環局部溫度過高，使其整體均勻受熱。

（5）在上導滑轉子內環上端面高點位置（9 號磁極位置）布置千斤頂，兩側及對稱方向輔助架設千斤頂，千斤頂應輕微受力，防止傾倒（圖3）。

圖3 聯接壓板、加熱塊、千斤頂布置圖

（6）加熱前應架設百分表，并將百分表讀數調至“0”位，加熱過程中通過百分表讀數進行監測。主軸架百分表1：表針軸向監測上導滑轉子內環上平面，判斷在加熱過程中是否會掉落復位；上導滑轉子內環架百分表2：表針徑向指向主軸，用于監測內環相對主軸的漲量；上導滑轉子外環架百分表3：表針徑向指向主軸，用于監測外環相對主軸的漲量（圖4）。

表2 上導滑轉子盤車檢查（第一次加熱處理后）單位：mm

表3 上導滑轉子盤車檢查（機組甩75%負荷試驗后）單位：mm

圖4 加熱過程百分表架設監測圖

（7）對上導滑轉子進行加熱，過程中監測上導滑轉子內環與外環溫度，因內外環之間有絕緣層存在，其傳熱效果較差，故每加熱1 h 停止加熱20 min 使外環熱量充分傳遞到內環，盡可能保證內、外環受熱均勻，避免外環因溫度過高燒壞絕緣層而內環傳熱不足導致膨脹量不夠無法將其壓回原位。加熱過程中注意檢查千斤頂受力情況，防止因滑轉子內環下落使千斤頂產生松動砸到滑轉子表面及上導瓦。

（8）當滑轉子外環膨脹量達到熱套緊量0.07 mm（即外環監測百分表3 讀數有0.07 mm 變化），且滑轉子內環有膨脹（即內環監測表2 讀數有變小趨勢）時停止加熱，此時四個方向的千斤頂緩緩受力將上導滑轉子內環壓回原位。

（9）四個方向千斤頂均勻受力后用高壓油泵操作制動器將轉子輕微抬起，借此力量將滑轉子壓回原位。觀察記錄百分表1 讀數，重復操作1~2 次即可。

（10）冷卻過程中，待滑轉子內、外環溫度與主軸溫度基本一致，方可拆除加熱塊、聯接壓板、千斤頂等工具。

（11）冷卻至室溫后，在上導滑轉子軸向位置、徑向位置架設百分表的方式進行盤車檢查。通過表2數據可以得出，上導滑轉子盤車一周的軸向跳動量為0.13 mm，相比加熱處理前的0.35 mm 軸向跳動量，可判斷上導滑環子確實發生松動，此次處理取得成功（表2）。

（12）清理上導油盆并封閉上導油盆進人窗。

4.2 上導滑轉子加熱處理后機組甩75%負荷試驗

上導滑轉子松動問題在經過加熱處理后得以初步解決，需重新進行機組甩75%負荷試驗，以驗證此種處理方式是否能從根本上解決上導滑轉子松動問題。

再次甩75%負荷試驗發現，監測系統仍顯示機組上導軸承擺度發生突變，上導軸承瓦溫存在持續升高的態勢，故再次在上導滑轉子軸向位置、徑向位置架設百分表的方式進行盤車檢查。

通過表3 數據可以得出，上導滑轉子盤車一周的軸向跳動量為0.34 mm（高點位置在9 號、10 號磁極之間，低點位置在3 號磁極，高低點差值即為跳動量），相比第一次盤車檢查的0.35 mm 軸向跳動量，可判斷上導滑環子再次松動產生了傾斜。

4.3 上導滑轉子加熱處理后加裝永久壓塊

按照上述“4.1 上導滑轉子加熱處理工藝”再次進行加熱處理，處理完成后在上導滑轉子軸向位置、徑向位置架設百分表再次進行盤車檢查。

通過表4 數據可以得出，上導滑轉子盤車一周的軸向跳動量為0.14 mm，相比第一次加熱處理后的0.13 mm 軸向跳動量，可判斷上導滑環子此次處理取得成功。

表4 上導滑轉子盤車檢查（第二次加熱處理后）單位：mm

現場割除上導滑轉子內環上部的密封環后，采用安裝內壓塊（6 瓣）和外壓塊（4 瓣）的方式對上導滑轉子進行固定：現場研配內外壓塊，確保內壓塊凸止口上平面與主軸原有盤根槽的頂部平面緊密貼合，且凸止口內徑側立面與主軸盤根槽的立面緊密貼合；內外壓塊配合上：內壓塊上平面及外徑側圓弧立面與外壓塊緊密貼合，且外壓塊凸止口與滑轉子內環上原有盤根槽緊密配合，外壓塊下平面與滑轉子內環上平面貼合。研配完成后，先把緊外壓塊把合螺栓，保證外壓塊與滑轉子內環最大程度貼合，在通過頂絲頂起內壓塊，進一步保證內壓塊與主軸，與外壓塊配合緊固，從而確保上導滑轉子內環不產生軸向位移（圖5）。

圖5 拆除密封環后安裝內壓塊、外壓塊結構示意圖

內壓塊和外壓塊安裝完成后，對分瓣外壓塊連接處進行氬弧焊接（圖6）。

圖6 內壓塊、外壓塊安裝圖

5 上導滑轉子松動處理效果

上導滑轉子在加熱處理后采取加裝永久壓塊的方式對上導滑轉子進行固定，再次甩75%負荷試驗時機組上導軸承擺度與瓦溫均顯示正常，加裝永久壓塊的方式初見成效。在后續甩100%負荷試驗中上導軸承擺度與瓦溫仍顯示正常，故上導滑轉子松動問題從根本上得以解決。

6 總結

上導滑轉子作為機組轉動部件，其與主軸之間配合良好是機組安全穩定運行的基礎，尤其在高轉速抽水蓄能機組中，其重要性不言而喻。

本文以長龍山電站600 r/min、350 MW 級抽水蓄能機組為例，針對其在甩負荷過程中出現的上導滑轉子松動問題進行原因分析，并通過盤車的方式反復進行確認，最終從根本上解決上導滑轉子松動問題，過程中呈現的加熱處理方式和加裝壓塊工藝為高轉速抽水蓄能機組提供了寶貴的經驗，具有很強的推廣價值。