一、机组概况
十三陵电厂水轮发电机组为半伞式结构，水轮机型式为混流、可逆、立轴、金属蜗壳，转轮进口直径3679mm，俯视旋转方向，水轮机工况顺时针旋转，水泵工况逆时针旋转，安装高程29m，蜗壳型式为金属蜗壳，包角345°，尾水管型式为立式弯肘型，水轮机额定转速在水轮机工况和水泵工况均为500r/min，瞬态飞逸转速725r/min，稳态飞逸转速681r/min。轴承系统分为发电机导轴承、发电机推力/下导轴承、水轮机导轴承三部分，发电机上导轴承、发电机推力/下导轴承、水轮机导轴承油循环系统均采用体外强迫循环，自动控制油泵起停。电气主接线采用发电机组和主变压器单元接线，发电机组出口电压采用13.8kv，同期开关设在主变高压侧，并设有五极换相刀闸，每两台发电机组共用一条单母线，两条单母线之间不设母联开关，有两条220KV出线接入昌平500KV变电站。主变压器为220kV等级，共有4台，额定容量240MVA，冷却方式为强迫油循环水冷，调压方式为恒磁通有载调压。
二、轴线存在主要问题
十三陵电厂水轮发电机推力轴承和下导轴承是组合轴承型式，下导轴承对应推力头的位置，承受机组的径向跳动；推力轴承与镜板配合承受机组的重量及其他轴向作用力，推力头和镜板通过螺栓把合，由止口定位。推力头及镜板是美国VOITH公司提供的进口设备，1995年第一台机组并网发电，截止至2016年8月，已运行20年，2013年2号机组B修过程中发现，2号机组推力头和镜板的结合面存在波纹状腐蚀纹理，推力头和镜板都存在该情况，推力头、镜板气蚀情况随着机组运行强度的增加逐渐加剧，机组摆度也随之上升，因此，十三陵电厂策划利用A级检修的有利时机，利用数控车床对推力头和镜板把合面进行精加工，确定推力头加工基准面、测量推力头与镜板把合面气蚀深度、确定把合面加工量及机组高程调整量是推力头、镜板返厂检修过程中的施工工艺难点。2016年在2号机组A级检修过程中实施，并通过了静态调试和动态调试的考验，机组轴线处理效果显著，符合国家标准及厂家标准要求，较修前相比，摆度值大幅降低，特别是水导摆度在机组正常负荷运行区间（100-200MW）内，由667.4μm下降至162.96μm，降幅高达75%。
三、工艺过程控制
3.1现场测绘
1.配对及方位标记：镜板和推力头拆出前作配对、方位标记，拆开镜板与推力头，注意保护镜面和其它平面，避免碰伤、刮擦伤。如图1所示：
2.检查测量并记录：镜板123厚度实测值、推力头688高度实测值，如图2所示：
3.2镜板加工
先将镜板镜面朝上置于车床，固定并调平，对镜板镜面垫以铜皮保护；打表找正镜板镜板内侧加工面跳动在0.10mm以内，镜面平面对称四点跳动在0.01mm以内，对称四个方向径向打表检查镜面平面度。在将镜板镜面朝下置于车床，固定并调平，对镜板镜面垫以铜皮保护；打表找正镜板背面加工面，对称四点跳动在0.01mm以内，车削镜板背面气蚀部位，车削量0.4mm；Ra3.2，平面度0.03mm；加工完成后，对镜板进行研磨，粗糙度<0.8µm。加工面如图3所示：
3.3推力头加工
以推力头上端面为基准，去除高点后，将推力头上端向下置于车床，固定并调平，卡爪垫铜皮加以保护；打表找正推力头外圆对称四点跳动在0.02mm以内，检查推力头垂直度符合要求，尽小量光平推力头与镜板把合平面，粗糙度Ra3.2，平面度0.03mm，平面度0.03mm；车准D2230外圆3x45°入口倒角（图示蓝色部位），检查D2230外圆深度，确保与镜板止口装配无干涉，加工图如图4所示。
3.4整体加工上平面
镜面向下，下垫枕木、绵毡，镜板平放后，清理镜板、推力头配合面干净，利用4-M36吊环螺钉，平稳起吊推力头，对正止口、螺栓孔位、配对标记，推力头落于镜板上，装螺栓把紧固定；检查配合面间隙，0.03mm塞尺不入；台面均布8件桩头（上垫尼龙块），光平，镜板镜面向下，上车，撑于镜面，卡爪垫铜皮夹D2590外圆。分别打表找正推力头D2170外圆对称四点跳动在0.10mm以内，镜板上平面已加工基准跳动在0.02mm以内。尽小量光平推力头D2170/D1499.5平面，Ra3.2，平面度0.03mm，平行度0.03mm。如图5所示：
四、施工图纸及过程记录
4.1推力头加工图纸
4.2推力头大端向上修前测量记录
4.3推力头大端向上修后测量记录
4.4镜板加工图纸
4.5镜面向下测量记录
4.6镜面向下测量记录
4.7机组高程偏差
推力头镜板返厂检修完成后，总高度较修前相比降低1.226mm，需在机组安装时，对转子高程进行相应调整，在推力瓦上垫以1.226mm层间调整垫，以保证机组安装完成后发电机定子、转子铁芯高程差在规程规范规定的要求范围内。
五、技术成果和创新点
本项目的主要成果与创新点如下：
立式水轮发电机检修过程中进行轴线处理一般处理一般采取推力头卡环或处理推力头与镜板把合面的方式的方式实现，但推力头和镜板采取螺栓把合的方式连接的机组，机组经过10至20年的运行，推力头和镜板间会出现径向气蚀，通过处理推力头卡环的方法仅能短时改善机组轴线，但不能解决推力头和镜板把合面间气蚀问题，由于气蚀随时间推移急速加剧，机组运行一段时间后，摆度随之快速增加。通过现场处理推力头与镜板把合面的方式处理轴线时，由于检修现场研磨镜板背面加工难度大，无法测量加工量及镜板背面研磨后平面度，加工精度低。通过推力头、镜板返厂检修，利用现代数控机床对推力头、镜板进行精度测量，确认加工量，使把合面加工精度恢复至设备出厂制造时的水平，机组轴线处理精度显著提高。轴线处理工艺优化为同类型机组轴线处理工作提供了经验借鉴，开创了现代化数控机床在机组检修轴线处理工作方面应用的先河。
参考文献：
[1]肖小清，黄谦.水轮发电机组转子配重的实际应用[J].低碳世界.2016（32）
[2]利用河水动力发电的水轮发电机组[J].军民两用技术与产品.2010（01）
论文作者:许旭辉,邹志伟,彭宝,张文魁
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/9
标签：推力论文; 机组论文; 加工论文; 轴线论文; 镜面论文; 气蚀论文; 轴承论文; 《电力设备》2017年第1期论文;