推力頭與主軸配合間隙超標的影響

魏雪友,張仲良

（廣東粵電新豐江發電有限責任公司，廣東 河源 517021）

0 引言

在小型水輪發電機組中有大部分是混流懸吊式結構，其推力頭靠過渡配合固定在發電機主軸頂端，推力頭與主軸之間用鍵和卡環傳力。推力頭在水輪發電機中是十分重要和關鍵的零件之一，它承受著機組運轉時軸向力和扭轉力，要求其應有足夠的強度、剛度以及一定的沖擊韌性，是精度要求很高的零件。推力頭的拆裝普遍采用冷拔熱套的傳統工藝，工藝控制上往往不夠嚴謹，在多次拆裝之后，推力頭與主軸的配合間隙不可逆地逐漸變大；加上因推力軸承結構緊湊，受力調整只能采用錘擊法（俗稱打受力），也加劇了間隙的變大。配合間隙變大超過標準設計值后，將對機組盤車和打受力產生影響。

1 推力頭與主軸配合間隙超標的影響

1.1 盤車時造成擺度變化

2021 年長潭水電廠4 號機A 修中（水輪機型號：HL250-LJ-225，最大水頭: 46.7 m，設計水頭：42 m，最小水頭：34.1 m，額定功率15 MW），發現當軸頭旋轉水平大于0.012 5 mm/m 時，下導最大擺度點在8 號點擺度值0.07 mm，水導最大擺度點在5號點擺度值0.14 mm，當旋轉水平下調至0.05 mm/m時，下導最大擺度點在4 號點擺度值0.10 mm，水導最大擺度點在1 號點擺度值0.065 mm，即下導8 號（0.07）→4 號（0.10）、水導5 號（0.14）→1 號（0.065），都是剛好往對稱方向變化，對此變化提出是推力頭與主軸配合間隙超標產生的虛位引起的擺度變化，由于修前沒有測量推力頭與主軸配合段的尺寸，沒有數據支撐，所以沒有下定論。

此定論在2022 年南水水電廠2 號機B 修中得到了驗證（水輪機型號：HLA497-LJ-200TS410/132-16，最大水頭：133 m，設計水頭：107 m，最小水頭：97 m，額定功率34 MW），查圖紙推力頭與軸的配合間隙為0～0.04 mm 過渡配合，實際用內外千分尺測量并計算配合間隙上段為：0.11～0.17 mm，下段為：0.17～0.21 mm，配合間隙已嚴重超標，由于工期不允許，推力頭未作處理，推力頭與主軸尺寸測量數據見表1。

表1 推力頭與軸尺寸測量 單位：mm

盤車時，軸頭旋轉水平由0.085 mm/m 下調至0.05 mm/m，擺度出現了變化見表2、表3。

表2 旋轉水平0.085 mm/m 時盤車擺度值 單位：0.01 mm

表3 旋轉水平0.05 mm/m 時盤車擺度值 單位：0.01 mm

由表2、表3 可以看出，3 號～7 號凈全擺度值變大了很多，理論上只有修刮絕緣墊才會改變擺度，改變軸頭旋轉水平是不改變擺度的。

1.2 打推力瓦受力時造成推力頭水平變化

南水水電廠2 號機B 修中，經打受力的工作人員反應，7 號軸對應位置的推力瓦每次都要打重一點，水導軸頸處監視位移的百分表才有位移反應，有些抗重螺栓螺牙緊也需要比其它瓦打重一點，一般會認為是螺牙緊的原因，而不會想到是推力頭與軸配合間隙超標造成的，在精打完20 圈受力后，7 號軸對應位置的推力頭上放置的合像水平儀水平變大了+0.02 mm/m，即7 號點推力頭抬高了0.02 mm，水導XY 兩個百分表已回零表示整根軸沒有擺動位移，只是推力頭向軸號7 號點的方位擺動了0.02 mm。

2 推力頭配合間隙超標引起擺度和水平變化的原因

理論上軸頭旋轉水平不影響擺度，但可以擺軸，擺軸是將整根軸擺至合適的方位，整根軸受推力瓦的支撐和導軸承的限制，造就轉動部件的旋轉中心線，旋轉中心線與固定部件的機組中心線（即定轉子磁力中心與輪輪水力中心連線）與轉動部件的軸線，三線鉛直且重合是最佳狀態，當旋轉水平越小反應整根軸越鉛垂，只有在機組中心線不好的情況下，才會在合格的范圍內適當改變旋轉水平，使它往想要的方位擺，所以擺軸可以調整轉輪與止漏環或輪輪室的間隙。而擺度是某個部位某個點相對于軸線的傾斜量，是曲折造成的。他們的概念和用途是不同的，擺度屬于軸線的范疇，軸頭旋轉水平屬于旋轉中心線的范疇。

軸頭旋轉水平的調整往往是由大變小的，是通過扭轉推力瓦抗重螺栓的高低來改變旋轉水平。水平大時推力頭與軸用夾角卡緊在一起，卡緊時擺度是穩定的，當水平變小時，推力頭動了，軸并沒有動，推力頭與軸就出現虛位，有虛位主軸相對于推力頭就有擺動空間，它反應出來就成了擺度的變化。隨著配合間隙超標的大與小，虛位出現時的旋轉水平值也是不定的，像長潭電廠4 號機推力頭虛位較小，當旋轉水平在0.005 mm/m 附近時，推力頭由卡緊轉為虛位狀態，擺度就變了；像南水電廠2 號機推力頭虛位較大，旋轉水平在0.05 mm/m 附近時，推力頭由卡緊轉為虛位狀態。雖然數據各有不同，但它們有個共同點就是當旋轉水平到達某個值時，才出現虛位，擺度才會變化，這是不可預見的，它們都需要一個觸發點。

推力瓦打受力造成推力頭水平變化是推力頭與軸配合間隙超標出現虛位引起的。虛位是在傳力鍵的徑向方向，測量南水2 號機組推力頭傳力鍵與推力頭徑向間隙為0.4～0.5 mm，軸向兩側為0.01～0.02 mm，水導處3 號～7 號軸凈全擺度值變化最大，而傳力鍵正好在7 號軸對應的方位上，徑向0.4～0.5 mm 的間隙正好給了它擺動的空間。有些傳統工藝會將精打受力放在擺度合格后打，即精打完受力后不再盤車復查擺度，正常不在觸發點情況下擺度是不會變化的，若剛巧因精打受力使水平變化到了觸發點，那擺度值就變了，所以精打受力不應放在后面打。

3 推力頭配合間隙超標處理建議

在不更換推力頭的情況下，處理辦法有：①在推力頭內孔上鍍鉻或刷鍍，優點是方便快捷，缺點是鍍鉻硬度高易傷軸頸，刷鍍難刷均勻且久了容易脫落；②推力頭內徑堆焊后車削加工，此方法目前較多采納，但工期長、成本高。

上述辦法治標不治本，應提高拆裝工藝。推力頭在運行中的損傷并不大，主要在冷拔熱套工藝控制上，冷拔改為熱拔法來減少對推力頭的拉傷，此方法有越來越多的電廠在應用。熱拔和熱套要選好合適的加熱和保溫工具，控制好溫升速率和防止過溫造成永久變形；改變調整受力和旋轉水平施工工藝對推力頭造成的損傷，受力盡量改用百分表或應變儀測量變形值，旋轉水平不要用打受力的方式調整，頂起轉子不受力的情況下，通過計算分梯度改變抗重的旋轉角度來達到調整的目的；從設計上改進，由單鍵設計改為雙鍵，在90°方向增加1 條傳力鍵，即使出現虛位由此鍵來限制，主軸也無處可擺。

4 結語

盤車數據的規律性、穩定性至關重要，盤車時出現擺度數據變化或打受力引起水平數據變化，會影響現場對機組軸線的判斷，增加分析的難度，增加刮墊和盤車次數，不但延誤機組軸線處理工期，也為安全穩定運行埋下隱患。因此找到問題原因及處理方法固然重要，但從施工工藝和設計上改進更為可取。