1、 2019 西 洱 河 电 厂 一 级 电 站 2 号 机 组 推 力 头 和 主 轴 拉伤 的 分 析 处 理 马秉林（大理供电局 云南省 大理市 671000）Analysis and Treatment of Thrust Head and Main spindle Injure by Staining of Unit 2 in Xierhe Power Plant Ma Binglin(Dali Power Supply Bureau,Yunnan Province,Dali City 671000)摘 要：由于 推力 头和 主轴 在拆 拔 过程 严重 拉伤，机 组轴 线上 导 部位
2、出现 摆度 值超 标，在超 标 情况 下运 行该 机组，出现集电环、轴瓦温度升高，振 动加大的情况，从而直接影响机组安全稳定运行。采取现场打磨和部分返厂处理的方式，有效解决该问题。关 键 词：主 轴；推 力 头；盘 车；上 导；拉 伤 Absrtact:Because the thrust head and main spindle injured seriously in the process of dismantling and pulling out,the swing value of the guide part on the axis of the unit exceeds th
3、e standard.When the unit runs under the condition of exceeding the standard,the temperature of the collector ring and the bearing bush rises and the vibration increases,which directly affects the safe and stable operation of the unit.This problem can be effectively solved by means of on-site grindin
4、g and partial factory return treatment.Key words:main spindle；thrust runner；barring；upper guide；injure by staining 引言 西洱河 电厂 一级 电站 于 1979 年 10 月1 日投入运行，总 装机容 量 为 335MW，转速500r/min，悬式混 流式 机组，东 方电 机厂 1975 年制 造，已 运行 40 年。2016 年10 月，针对“2 号 机组 集电 环温度大于 170”的 缺陷 对机组 进行 检修。检 修过程中 发现 主轴 中心 偏移、轴线 曲折，因 此对 机组部分
5、 解体，并盘 车，砂削 绝缘垫 调整 轴线 多次，但上导 摆度 值一 直居 高不 下，达 到 0.11mm，下 导和水导 摆度 亦无 规律。按 照水 轮发 电机 组安 装技术规 范 GB/8564-2003 的要求 上导 摆度 不得 超过 0.02mm，实际 摆度 值严 重超标，这 在检 修中 属于极不 正常 的情 况。上导 摆度超 标，存在 瓦温 继续升高 和振 动加 大的 风险，机组处 于不 安全 状态，随时有 事故 停机 的风 险。检查记 录，上导 瓦温 高达 63，上 机架 水平 振动 达 0.06mm。究其 原因，在历年 检修 拆拔 推力 头过 程中，推力 头内 孔与 主轴配合 段因
6、 膨胀 量不 足造 成严重 拉伤，虽 然经 过现场打 磨抛 光处 理，并对 上导所 有装 配零 部件 作了仔细 检查 处理，甚 至更 换了绝 缘垫，但 上导 摆度依然 超标。在 其他 检修 工作中 也遇 到拉 伤的 问题，经 现场 打磨 就基 本消 除了影 响，但对 于 2 号机组而 言该 工艺 无任 何效 果。具 体分 析，2 号机组存在 损伤 过大，配 合精 度降低 严重，已 突破 配合的基 本需 要。推力 头与 主轴产 生的 缺陷，盘 车不可以 解决。只 有找 到根 本原因，才 能制 定理 想的处理 方法，因 此先 把问 题分析 清楚 至关 重要。1 问 题 分 析 1.1 检修历史 推
7、力头 和主 轴被 拉伤 在2 号机组 检修 工作 中并非第 一次，所 以要 从此 次拉伤 前最 近的 检修 开始分析。西洱 河电 厂在2012 年以 前执 行的A 级检修制度 是周 期为5 年 的轮 修，其 后，由于 利用 小时数减 少，将检 修周 期延 长至 810 年。一般 A级检修 过程 才会 拆装 推力 头，推 力头 重装 后就 必须盘车 调整 轴线。盘 车是 检查调 整轴 线最 重要 的方法，从盘 车数 据可 以分 析主轴 的曲 折情 况，并判断轴 线是 否合 格，因此 主轴各 轴承 位置 盘车 摆 2019 度值是 就重 要的 分析 依据。2008 年A 级检 修轴 线情况见 盘车
8、 记录 表 1。表 1 2008 年 A 级 检 修 盘 车 摆 度 值 记 录：（单 位 0.01mm）各 轴 承 位 置 盘 车 摆 度 值 符 合 要 求，从 2008年一直 稳定 运行 到 2015 年。2015 年扩 大性 B 级检修轴 线情 况见 盘车 记录 表 2。表 2 2015 年 扩 大 性 B 级 检 修 盘 车 摆 度 值 记 录：（单 位0.01mm）位置 方向 1 2 3 4 5 6 7 8 上导 X-1-4-5-4 0 2 3 2 全摆度 1 6 8 6 Y 5 1 0 1 5 5 8 7 全摆度 0 4 8 6 下导 X 4-2 2 4 0 1 3 9 全摆度
9、4 3 1 5 Y 2-5 0 3 2-3 5 7 全摆度 0 2 5 4 水导 X 6-1 7 8 0-2-1 8 全摆度 6 1 8 0 Y-4-13-1 4 2-18-5 4 全摆度 5 4 0 6 集电环 上 12 下 15 上导最 大摆 度 在7 点，摆 度为 0.08mm。由 于当时条 件限 制，不能 扩大 工作范 围，因此 未能 进一步处 理上 导摆 度 大 的问 题。在 此次 检修 中发 生了推力 头和 主轴 拉伤 的异 常情况，2016 年10 月由于集 电环 温度 超高 采取 抢修，在检 修工 作中 再次发生 推力 头和 主轴 拉伤 的情况，轴 线情 况见 盘车记录 表 3
10、。表 3 2016 年 10 月 盘 车 摆 度 值 记 录:（单 位 0.01mm）位置 方向 1 2 3 4 5 6 7 8 上导 X-5-9-10-8-3 0 1-1 全摆度 2 9 11 7 Y-3-7-8-8-3 1 1 0 全摆度 0 8 9 8 下导 X-2-1-6 1-3 4 2 3 全摆度 1 5 8 2 Y 1-4-2 0 0 3 4 4 全摆度 1 7 8 4 水导 X 3 9 3 13 3 10 2 5 全摆度 1 8 0 1 Y 0-7 1 2-2-3-2-2 全摆度 2 3 4 4 集电环 上 未测 下 未测 上导最 大摆 度也在 7 点，摆 度值为 0.11mm，
11、与 2015 年 的盘 车数 据比 较，数值 加大，方向 一致。1.2 数据分析 上导摆 度超 标始 于推 力头 和主轴 被拉 伤，从2015 年至 2016 年，上导 摆度 值 随着 拉伤 的加 大从 0.08mm 上升至 0.11mm,说明，摆 度加 大与配合精度 下降 有关，所 以恢 复此段 配合 精度 才能 解决问题。作 为悬式 机组，轴 线调整 以上 导为 基准，而上导 摆度 加大，就 引起 其他各 位置 的摆 度不 正常。同 时，根据 不正 常的 数据采 取砂 削绝 缘垫 的方法来 调轴 线也 就显 得徒 劳，集 电环 摆度 加大，偏磨造 成温 度升 高也 是必 然结果。1.3 拉
12、伤情况 推力头 和主 轴采 用紧 配合 装配，一般 使用 加热推力 头的 方法 使其 膨胀 产生间 隙，再用 千斤 顶顶出。但由 于膨 胀量 不足，造成 配合 段拉 伤，分别见 图 1 和图 2。位置 方向 1 2 3 4 5 6 7 8 上导 X-1 0 0 0-1-1-1-1 全摆度 0 1 1 1 Y 0 0 0 0 0 0 0 0 全摆度 0 0 0 0 下导 X 4-2 1 2-5 0 1-1 全摆度 9 0 3 2 Y-4-6-5-5-8-6-3-5 全摆度 4 0 0 2 水导 X 4 5 11 11 3 1 2-2 全摆度 1 4 9 13 Y 5-1 5 7-4-1-5-13
13、 全摆度 9 0 10 2 滑环 上 7 下 8 2019 图 1 推 力 头 内 孔 图 2 轴 颈 表 面 经检查，推力 头和 轴整 个圆 周均有 轴向 拉伤，积屑瘤 最大 高度 约 8mm，最大宽 度 约 10mm，深度约 4mm。由于 现场 仅使 用内径 和外 径千 分尺 测量直径 检查，但整 个轴 系同 心度误 差就 无法 测量。当然，从盘 车数 据简 单分 析，该 损伤 的确 加大 轴系同心 度误 差。由于 该配 合段采 取的 是过 盈配 合（最大 过盈 量 达 0.09mm），通 过紧 力保 证轴 系同心，因 此配 合精 度差，是 无法通 过盘 车来 调整 轴线至规 范要 求的。
14、从 伤痕 来看，这次 拉伤 固然 严重，但 与之 前的 拉伤 也不 无关系，陈 旧性 拉伤 造成金属 疲劳，表 面光 洁度 下降造 成摩 擦力 加大，所以这 次拉 伤是 集疲 劳、积累 伤、配 合紧 力等 因素的集 中作 用的 结果。1.4 分析结论 根据以 上分 析，要确 保机 组的检 修质 量，必须先修 复配 合段。在 缺乏 有效测 量手 段和 精密 测量工具 的现 场，依据 简单 数据和 表面 现象 得出 此结论，实属 不易。2 处 理 方 案 经过与 原厂 家联系，充 分 讨论，形成 三个方案见 表 4。表 4 修 复 方 案 对 照 表 方案 工艺 费用（万元）时间（天）工程量 精度
15、质量对 比 困难 1 现场修 复 小于20 20 小于A 修规 模 无法保 证，亦无 法测 量 打磨技 能要 求高 2 推力头 与主 轴返 厂 260 不 确定 300 不 确定 远大 于A 修 规模 设备精 度可 以保 证，但 无相关经 验 工程量 巨大，交 通运 输风险大 3 推力头 返厂，主 轴现场修 复 小于30 70 略大 于A 修 规模 返厂零 件精 度可 以确 保，现场局 部保 证 协调配 合复 杂 该机组 主轴 制造 工艺 是分 体制 作，同轴 精车。也就是 说，推力 头与 主轴 的配合 段是 以不 同的 基准加工，组 装后 再精 车各 轴颈，因此 推力 头鱼 主轴各配 合段
16、之间 存在 相对 误差。即使 全部 返厂，依靠大 型精 密设 备进 行修 复，专 业厂 家也 没有 充分的把 握。因此综 合权 衡，方案 3 较为 符合 实际。当然，采取 分开 处理，一 边是机 加工，另 一边 是手工，既要 控又 要保 证装 配精度，是 一个 严峻 的考验，有失 控的 风险，对 每一个 细节 的把 关尤 为重要。3 处 理 过 程 3.1 主轴轴颈现场修复 图 3 弧 形 卡 板 由于主 轴材 质 为 ZG35,不 允许在 其上 焊接，因此对 于表 面的 凹坑 只能 采取去 除毛 刺、卷边，然后打 磨光 滑的 方法，对 于突出 部位，采 用消 除高点，再打 磨光 滑。先将 轴
17、颈按 盘车 记录 位置 均分为 8 个区 域,做好 记号。采用磁 粉和 超声 波探 伤检查主 轴，确保 主轴 无内 在损伤，再 测量 和记 录轴颈的 圆柱 度和 圆度，选 择无拉 伤的 位置，分 上中下三 段 8 点 测量，数 据 记录见 表 5。用红 丹粉作为显 影剂，调 好在 其表 面均匀 涂敷，然 后用 事先制作 好的 工装（与 轴颈 同尺寸 的弧 形卡 板，见图 3）在两 曲面 上相 互摩 擦，分 离卡 板就 可以 看到表面 被摩 擦掉 显影 剂的 部分会 发亮，这 应是 要去除的 高点。用 刮刀 先刮 削高点，再 用角 磨机、砂轮机 打磨，如此 反复 消除 高点，最后 抛光即 可。2
18、019 最后再 次同 位置 测量 对比，见 表 5。表 5 打 磨 前 后 数 据 测 量 记 录（单 位 0.01mm）工序 量具 部位 位置 盘车 点 1 2 3 4 5 6 7 8 打 磨 前 千分尺 385 上段 14 14 13 15 下段 10 12 14 12 390 上段 8 9 13 9 下段 13 9 13 9 百分表 385 上段 36 38 31 4 35 0 58 84 下段 50 65 65 63-20-20 35 30 390 上段-5-10-7-20-10-2-4-10 下段 0 9-40 9-10-8 0-9 打 磨 后 千分尺 385 上段 16 13 6
19、14 下段 7 1 2 5 390 上段 11 6-3 6 下段 7 7 1 7 百分表 385 上段-14-4-23-28-16-17-6-7 下段-31-4-17-14-15-7-3-2 390 上段-1 10 11 6 24 0 4 3 下段 13 1-1-5 7 5 4 4 通过对 比，排除 凹坑 和测 量误差，打 磨后 数据相对 规范，多 数测 点基 本还原 到出 厂尺 寸。打磨前后 对比 用红 丹检 验效 果见 图 4、图 5。图 4 打磨前 图 5 打磨后 打磨后，接 触点 增加，受 损变形 突出 部分 大面积减 少。当然，采用 打磨 的方 法，并不是 将轴 表面 整体磨削，而是
20、 用未 受损 的表 面作为 打磨 的基 准面，逐步去 除高 点，尽可 能加 大接触 面积，确 保之 后的装配 要求。3.2 推力头返厂修复 采取堆 焊内 孔再 精车 的方 法，修 复推 力头 内壁配合 段受 损部 位，恢复 推力头 与轴 配合 尺寸。但不得 改变 推力 头原 有形 位偏差，即 以内 圆（未受损部 位）为基 准，检查 外圆与 之同 心度 偏差，实 际 偏差 相差 0.36mm，再 将 内圆 基准 引到 外外圆，即 在外 圆上 精车 宽度 为 10mm 的 3 个 找正 带，见图 8 所示。找正 带 1、2，是 确保 修后 与修 前同心的基 准面，找 正带 3 是 确保修 后与 修
21、前 的垂 直度的基 准面。推 力头 堆焊 后，经 热处 理退 火（推力头材 质 为 20SiMn），以 找正带 为基 准加 工内 孔上下配 合段，再 按现 场主 轴打磨 后精 确测 量的 测 2019 量数据 给定 内孔 配车 尺寸 上段 38511.008.0，下段 39006.003.0；不改变 原设 计的 配合 要求。内孔 加工 完后，检 查推 力头上 端面 与卡 板配 合端 面。由 于拆 装多 次，卡环配合 下端 面已 经变 形损 伤严重，以最 低点 修平，再根据 实际 尺寸 配制 卡环，以确保 卡环 装配 精度。推力头 修复 加工 完毕，经 检验，其内 孔与 轴颈 的同心度 误差 为
22、 0.40mm，与修前所 测 0.36mm 相差0.04mm，偏差位置 一致，即再次 加工 所造 成的 误差仅 为 0.04mm，对整个 轴 系无影 响。图 3 弧 形 卡 板 3.3 装 复开 机试 验 3.3.1 装复 经过反 复盘 车，最终 轴线 情况见 盘车 记录 表5。表 6 最终盘车摆度值记录（单位 0.01mm）位置 方向 1 2 3 4 5 6 7 8 上导 X 2 0 0 0 2 3 2 2 全摆度 0 3 2 2 Y 0-1-2-1 1 1 0 1 全摆度 1 2 2 2 下导 X-1-4-4-6-4 1 2 2 全摆度 3 5 6 8 Y 2-2-5-5-3-2 3 4
23、全摆度 5 0 8 9 水导 X-3 2 4 3 5 3-2-2 全摆度 6 5 8 1 Y 2 4 5 8 10 4 2 0 全摆度 3 8 8 0 集电环 上 12 下 4 对比异 常的 盘车 数据，可以 看出上 导、下导、水导摆 度值 也符 合要 求，且规律 性较 强，可以 采信。3.3.2 开机试验 按照开 机试 验的 要求，经 2017 年 9 月 3 日过速、甩负 荷试 验及 之后 的 24 小时 试运 行等，测量记录 各部 位的 温度、振 动，均 符合 机组 安全 稳定运行 的要 求，随后 交付 电厂投 入运 行。3.3.3 优 化运 行方式 鉴于该 机组 存在 的问 题，为保证
24、 机组 的安 全运行，优化 其运 行方 式，并通过 长时 期的 运行 来检验检 修质 量。采取 避开 振动区，尽 量在 最优 工况下运 行，加强 振动 监测，上机 架水 平振 动大 于0.07mm 立即停机。4 修 后 情 况 4.1 运行一年半工况 有功负 荷 33MW，滑 环 75、推 力 41、上导 55.1、下 导 46.9、水导 54.5，上机架垂 直振 动 0.021mm，水平 0.037mm，水导垂直振 动 0.028mm，水平振动 0.035mm。综合工况同心度 找正 带 1、2 垂直度 找正 带 3 同心度 找正 带1、2 垂直度 找正 带3 2019 优于修 前。4.2 稳
25、定性试验 云南电 力试 验研 究院 针对 2 号机 组开 展稳 定性试验，试 验报 告数 据显 示各项 运行 参数、指 标均符合 要求。目前该 机组 处于 稳定 运行 状态，但对 于机 组的长期 稳定 运行 而言，未 能从根 本上 消除 缺陷，装配精 度也 会随 运行 时间 的延长 和检 修次 数的 增加而再 次降 低。对发 电厂 而言，检修 成本 过高 和停机时 间过 长都 是难 以承 受的。这类 缺陷 隐蔽 也并不常 见，但后 果严 重，最严重 的可 能导 致主 轴报废。处理 方法 复杂 困难，工程 量剧 增，需要 投入大量 的人 力、物力 和财 力，因 此须 高度 重视 并力求避 免，也
26、因 此对 水轮 发电机 组检 修提 出更 高的要求：一 方面 要加 强检 修质量 的管 理，另一 方面要研 究应 用检 修新 工艺，提高 检修 技术 水平。参 考 文 献 1 林亚一水轮发电机组的安装与检修 中国水利水电出版社.2009 年 9 月 2 常 勇 大 路 水 电 站 2#水 轮 发 电 机 组 轴 线 调 整 及 导 轴 承 瓦 间隙调整 青海电力.2012（02）3 隆 锋 琪 浅 谈 立 轴 水 轮 发 电 机 组 检 修 主 轴 轴 线 的 测 量 与 调 整 湖南水利水电.2012（01）作者简 介：马秉林，生于 1972 年，男，46 岁，男，高级 工程 师，学士，主 要从事 水电 站培训 工作，研 究方向 为水 轮发 电机 组的检 修技 术，电话：13577293575。电 子邮 箱：。
