水轮友电HI上导谓转孑与上端轴配吕齟动
的只衍迎理
方文
东方电气东方电机有限公司，四川德阳，618000
摘要：水轮发电机上导滑转子与上端轴之间配合良好是机组安全稳定运行的前提条件。本文通过对龙头石水电站在运行时 出现摆度急剧增大现象的深入分析，找出了产生这种异常现象的原因，并详细介绍了处理办法。关键词：水轮发电机；上导滑转子中图分类号：
TK730.6
文献标识码
：A
文章编号：1001-9006(2019)01-0049-04
Analysis and Treatment of the Assemble Loose of the Upper Guide
Bearing Collar and Upper Shaft of the Hydro Generator
FANG Wen
(Dongfang Electric Machinery Co., Ltd, 618000, Deyang, Sichuan, China)
Abstract： A good fit clearance between upper guide bearing collar and upper shaft is one the most predictions for stable operation of
hydro generators. In this paper, by deep analysis of the sharp increase of shaft swing of Long Toushi hydro generator unit, the cause of this abnormal phenomenon is found out and the best treat measures is figured out in detail.
Key words： hydro generator; upper guide bearing collar
龙头石水电站安装4台单机容量175 MW的混 流式水轮发电机组。发电机采用具有上下两个导 轴承的立轴半伞型结构。推力轴承位于转子下部 的下机架上，与下导轴承合用一个油槽，并采用 内循环冷却方式。轴系由上端轴、转子支架中心 体、发电机主轴和水轮机主轴组成，并由发电机 上、下导轴承和水轮机水导轴承支撑。龙头石水 电站于2008年10月首台机发电，2009年其它3台 机组也相继投产发电。
2016年11月14日，2#机在开机带负荷过程 中，上导和下导出现摆度异常情况，严重威胁机 组的安全运行，机组被迫停机进入检修状态。1
发电机情况及故障概述
龙头石水电站发电机基本参数如下：
型
号
SF175 -72/13200194. 44 MVA175 MW15 750 V7 128 A〇.9(滞后）3
83. 3 r/min160 r/min50 Hz俯视顺时针
额定容量(PS)额定功率(PN)额定电压(UN)额定电流(IN))功率因数(coscp 相数额定转速飞逸转速额定频率旋转方向
2016年11月14日，2#机开机带负荷运行至 60〜70 MW时，上导和下导摆度急速上升，其中 下导摆度达到1.8 mm(下导瓦总间隙为0.6 mm，
收稿日期:2018-09-19
作者简介:方文（1969-)，男，1992年毕业于湖南工程学院电机专业，大学本科，高级工程师。在东方电机有限公司电站服务事业部任
职，先后从事水轮发电机工艺和设计工作，现从事水轮发电机故障诊断和处理工作。
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DONGFANG ELECTRIC REVIEW________________________________________________________________________按照相关国家标准要求，下导摆度不得超过下导 瓦总间隙的75%，即0.45 mm)，上导摆度达到 0.9 mm(上导瓦总间隙为0.5 mm,按照相关国家 标准要求，上导摆度不得超过〇.375 mm)，同时上 盖板有剧烈振动，但随着机组负荷的上升，上下 导摆度又逐渐下降，在机组达到满负荷时，下导 摆度稳定在0.6 mm左右，上导摆度稳定在0.5
mm左右，但都超过了相关国家标准；2
故障原因分析
在对2#发电机停机检查的过程中，发现在距 离上导滑转子上端面约20 mm范围内的上端轴表 面有明显的磨损和拉伤的痕迹。根据发电机结构 分析，这一段本应是空档段，不与任何部件接触， 正常情况下不应该出现磨损和拉伤的现象，因此 怀疑机组在运行的过程中上导滑转子有可能出现 上窜的现象(停机后在重力作用下，滑转子又落回 原位），在这个上下移动的过程中，将上端轴被磨 损和拉伤(见图
图1上端轴被磨损、拉伤
有了这个分析以后，马上对其它3台机进行停 机检查，发现上导滑转子确有上窜现象，其中1# 机上窜达到26 mm(停机后尚未恢复原位）（见图 2)，3#、4#机也分另[J上窜了 8 mm ~ 10 mm。
图2 1号机停机后尚未恢复原位
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至此，对滑转子摆度增大的原因有了一个初 步的判断：机组运行过程中，由于上导滑转子的 松动和位移使机组轴线发生了变化，从而使上导 和下导的摆度增大。
但滑转子为什么会出现上窜现象？在对发电 机结构进行分析后，认为主要是以下几个方面的 原因：
(1) 滑转子与上端轴之间的配合紧量偏小 (原设计为过度配合，紧量为双边±〇. 1 mm) 〇
(2)
该机组的上导密封盖设计是接触式结构。
这种结构使机组运行时密封盖内圈与滑转子是接 触的，能够起到很好的密封作用，防止油雾逸出。 但由于滑转子与密封材料之间的摩擦发热，又使 滑转子内孔有一定程度的涨大，导致滑转子与上 端轴之间配合紧量减小甚至出现间隙。
(3)
从受力方面进行分析：水轮发电机上导
轴承(包括上导滑转子和上导轴瓦）的作用是承受 机组转动部分的径向机械不平衡力和电磁不平衡 力，使机组轴线在规定的范围内摆动，其运行时 受力如图3。
由于发电机转子本身存在着机械和电气的不 平衡力，所以F1和F2的大小是不一^样的，并且 这个力对配合面有力矩的作用，当滑转子与上端 轴配合面出现间隙时，滑转子就会在这对不平衡 力的作用下，对上端轴有来回挤压的作用，这个 挤压力会克服滑转子自身的重力，使滑转子逐渐 向上移动，从而出现滑转子上窜的现象。3
处理方案
根据以上分析，要解决机组摆度增大的问题， 首先要解决上导滑转子与上端轴配合松动的问题， 同时还要考虑在处理过程中不能影响机组原来的
轴线。经分析计算，需将滑转子与上端轴之间的
配合紧量单边增加到0. 225〜0. 25 mm，方能满足 机组在各种工况下的运行要求。
如果采用涨焊上导滑转子内孔再加工的方式 进行处理，
一
方面是焊接工作量大（滑转子内孔直
径dll 10 mm，配合面高度360 mm，需涨焊的面积 达到1. 25 m2)，另一方面，在焊接的过程中会产生 较大的热量，滑转子受热也不均匀，会产生较大 的变形，对后期的精加工和机组轴线不利。
而“超音速火焰喷涂法”是一种金属热喷涂 方法，其喷涂过程是一个不断重复进行“融化 —
雾化——
沉淀”的过程，其基本原理是：将
要喷涂的金属粉末均勻地送进燃烧室燃烧融化， 经过喷嘴加速后的超音速气流将融化的金属粉末 雾化为颗粒细小且分布均匀的粒子，喷向基体并 形成涂层。
采用“超音速火焰喷涂法”进行处理，其特点 是：工作效率高（全机械操作），涂层均匀，工件 受热均勻且温度不高（工件一般不超过100T )，滑 转子变形小，并且涂层和基材结合强度较髙，可 达到65 MPa以上，完全能够满足滑转子使用要求。
经综合分析比较，决定采用“超音速火焰喷 涂法”对上导滑转子内孔进行喷涂处理。同时对 整个工艺过程进行了仔细分析和斟酌，制定如下 处理方案。
(1) 上端轴和滑转子整体返厂后，对滑转子 进行加热并拔出滑转子。
(2)
将滑转子上立车，以滑转子内孔找正后，在滑转子外圆和上平面的非工作面加工两条找正 找平带（因喷涂后，内孔的基准将不复存在，为保 证机组的轴线不发生变化，在喷涂前需将内孔的 基准引到滑转子的外圆和上平面上）。
(3) 对滑转子内孔进行“超音速火焰热喷涂”处理。
1)
喷涂材料：采用不锈钢316L材料（主要考
虑与基材锻钢35A适配性强，性能相近）。
2) 喷涂的工艺过程：
a. 清洗：用丙酮或者其它有机溶剂将工件表
面油污，油脂等清洗干净并干燥。
b. 预热：采用电炉预热工件。
c. 保护：使用保护工装，遮蔽带对滑转子非
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DONGFANG ELECTRIC REVIEW________________________________________________________________________喷涂区域进行必要保护。
d. 喷砂：选用白刚玉砂对工件进行喷砂处理^e. 清理，检查：清理喷砂残留。喷砂表面氧 化皮全部去除。
f.
喷涂：用“超音速火焰喷涂系统”进行喷
涂(见图4)，涂层厚度：单边0.5〜0.7 mm(根据 最终所需的滑转子与上端轴之间的配合紧量，再 考虑一^定的加工余量来确定的喷涂厚度）。
图4对滑转子内孔喷涂
j.完工检查，修整涂层(见图5)。
图5修整涂层
(4)
加工滑转子内孔至规定尺寸（以喷涂前加
工的找正带为基准）。
(5) 将滑转子热套回上端轴上。
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DONGFANG ELECTRIC REVIEW________________________________________________________________________(6)以上端轴法兰面及止口为基准找正，车修 滑转子外圆，保证其同轴度。4
处理效果
该台机在处理结束后，于2017年3月恢复发 电，目前已经运行了1年半时间。机组的振动，摆 度等各项参数良好。从近期采集到的2#发电机运 行数据来看，上导摆度〇.〇8mm，下导摆度0.1
5结语
在水轮发电机的结构中，采用紧量配合或者
过度配合的结构（比如推力头与主轴之间的配合， 转子支架与主轴之间的配合，滑转子与主轴之间 的配合，以及集电环与主轴之间的配合等等）较 多，但这种结构在机组运行多年以后，有的电站 会出现“由于内孔变形或者内孔磨损使配合间隙 增大，从而使机组摆度出现异常”的现象，使机组 运行不稳定。采用“超音速火焰喷涂法”可有效 解决这类问题，龙头石电站处理的成功，也为其 它电站类似问题的处理提供了借鉴。
mm，水导摆度0.09 mm，上机架水平振动0.03 mm，下机架水平振动0.01 mm，上导滑转子也无 上窜现象。可见，该处理方案取得了良好的效果。
集团要闻
中国大陆最大燃机电厂全面投产
2019年1月15日18时28分，惠州天然气发电厂二期扩建工程3 x460 MW级燃气-蒸汽联合循环热 电联产工程第三套机组一次性通过168小时满负荷运行，标志着惠州项目二期工程全面竣工投产。
M701F3机组，由东方电气提供燃机、汽轮机及发电机。二期工程在一期基础上
扩建3套460 MWF级改进型（M701F4)、高效一拖一双轴热电联产燃气-蒸汽联合循环机组，东方电气 全套提供燃机、汽轮机、发电机及余热锅炉。6套机组总装机容量达2550 MW级，成为中国大陆装机容
该电厂一期采用3台量最大的天然气发电厂。
东方电气燃机产业团队精心策划，有力协调，从质量管控、风险防范、交货进度、现场安装调试支 持等方面严格管理、狠抓落实，为项目机组高质量投产提供了有力保障，机组从首次点火到完成168试运 行后投产，工期缩短为37天，整个调试过程”零跳机’|。
惠州天然气电厂二期扩建项目的建成投产，不仅能有效缓解广东地区的电力供需矛盾，改善电源结 构，还能为大亚湾石化区工业用户提供大量高品质的热源，符合国家当前节能降耗、环保高效、全面协 调可持续发展的政策方针，具有良好的经济效益和环保效益。
来源：东方电气网
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