浅析水轮发电机组水轮机轴与发电机轴连接工艺的改进

张 毅 陈新泉

国家能源集团新疆开都河流域水电开发有限公司 新疆 和静 841300

1 概述

某电站装机三台，单机容量110MW，总装机容量330MW。发电机的型式为悬式结构，发电机型号为：SF110-22/6730，由哈尔滨电机厂有限责任公司设计制造；额定容量：117.7MVA；额定转速：272.7rad/min；飞逸转速：505rad/min，水轮机型号为：HLA855a-LJ-310，由哈尔滨电机厂有限责任公司设计制造；额定水头：135m；额定流量：85.3m3/s；转轮直径：3100mm；额定功率105.2MW。

2 水轮发电机组主轴的作用及结构型式

转轴是水轮发电机转动部分的重要组成部件。其受力情况比较复杂，主要用于传递扭矩，承受机组部分的重量和水推力产生的轴向力，以及定、转子气隙不均引起的单边磁拉力和转子机械不平衡力等，并且还要承受事故状态下的非正常力矩。从机组机构尺寸、机械强度和刚度的要求以及加工制造、安装运输等多方面因素的综合考虑，转轴采用的结构型式也不同，近年来随着机组容量的不断增加，转轴的结构型式也随之改变，以满足不同工况下的运行要求。其结构型式主要有一根轴结构和分段轴结构。而分段轴结构就需要用螺栓进行把合连接，在机组检修时就要对分段轴进行连接。分段轴结构是指在转子上部装有上端轴(一般又称为顶轴)，在转子中心体的下部装有下端轴(一般又称为主轴或者发电机轴)，另外还有一段轴与水轮机转轮连接，我们称为水轮机轴。水轮机轴与发电机轴(以下简称水发大轴)连接的好坏直接影响机组轴线质量

3 某电站水轮机轴及发电机轴主要结构

水发大轴用螺栓连接，端部用凸肩和内止口定位。水发大轴均为中空结构。水轮机轴轴长3830mm，轴身最大外径Φ800mm，内径Φ500mm，其下端采用18-M90×6的螺栓与转轮连接，上端采用18-M90×6螺栓与发电机下端轴连接。发电机大轴长2760mm，轴身最大外径Φ800mm，内径Φ500mm，上端采用20-M80X6螺栓与转子下端面连接。上、下法兰端面外径分别为Φ1340mm和Φ1270mm。连接方式采用销套定位的结构。水发大轴分别重约11.83T和10.165T。

4 水发联轴前准备工作

4.1 将18颗水发联轴螺栓做超声波检查无任何缺陷。

4.2 认真清扫发电机法兰面下表面、水轮机法兰面上表面、水发连轴法兰穿销孔、仔细打磨联轴螺栓头部、联轴螺母受力面、确保连接时受力面接触良好。

4.3 联轴螺栓头部与联轴螺母结合部分全部涂上防止螺纹咬死的高级润滑脂。

4.4 联轴螺栓变形测量孔在装设螺栓变形测量计前要用面粉去粘除孔内的污物，并用手电筒检查干净无毛刺后用棉布把螺栓变形测量孔包扎起来。总之，应确保螺栓变形测量工具测量精度。

4.5 检查液压拉伸器及其液压油是否工作正常；检查液压油是否足够；螺栓变形测量计准备好。

5 水发联轴安全措施(含危险点分析)

5.1 检查水发联轴平台是否牢固可靠并进行加固。

5.2 防止转轮体提升造成设备损坏：检查检修平台与转轮体脱开；检查叶片与转轮室的楔子板已经取走；检查顶盖内无异物卡阻影响转轮体提升；检查水导油槽内无异物卡阻影响转轮体提升；检查座环、底环与转轮体间隙无异物卡阻在内；检查活动导叶全部在关闭位置。

5.3 用制动用气投上制动器，并将锁定螺母锁定一定高程，使制动闸板与制动环接触。防止联轴时机组转动部分在镜板上面滑动。镜板水平值保证在0.02mm/m-0.03mm/m之间，

5.4 液压拉伸器、快速接头、高压软管耐压试验合格。液压拉伸器最大拉伸长度一次不得超过12mm，如果液压拉伸器在工作中出现明显渗油现象，在检查两个水发联轴螺栓拉伸值及液压拉伸器扳柄紧度相同相同后停止打压，卸压检查渗漏部分，分析渗漏原因进行渗漏处理。使用时，应放平不得歪斜，在升压过程中，应观察其活塞行程，不得超过工作行程；工作人员不得站在拉伸器上方；拉伸器工作完毕，应先降压至零，再松动或紧固接伸工具螺栓。

5.5 绝对不允许吊起转子，强行穿入水发联轴螺栓，水发联轴螺栓必须在静止状态下进行。

5.6 防止个别螺栓受力过大，认识关注水发联轴螺栓“同步拉伸”重要性

5.7 防止液压拉伸器高压软管突然破裂伤人，人要站在比高压软管更低位置进行工作。

5.8 水发联轴时不允许同时安排发电机空气间隙的测量工作，必须待水发大轴法兰面间隙为零才可以安排，否则转动部分位置移动可能造成楔子板或测量工具卡死在空气间隙内。

5.9 防止水发联轴时顶转子，必须将顶转子油泵电源拆除，将所有的阀门全部打开，悬挂“禁止操作 有人工作”标示牌，并口头通知所有检修人员不得擅自开展顶转子工作。

5.10 在进行联轴作业时，应提供充足照明。

6 水发联轴技术措施及工艺措施

6.1 检查所有的安全措施已经落实、准备工作已经全部做好。

6.2 水发联轴法兰面间隙测量和调整。

6.3 用两个32T千斤顶可以调整水发联轴法兰面周向、X、Y轴各相差1-2mm中心调整。初次找正水发联接螺栓位置时应该在水车室内径向布置两个千斤顶，按要求顶靠水轮机大轴使之与发电机轴相平齐

6.4 如果水发联轴法兰面间隙达到技术要求，那么先用四个液压提升器将转轮(带水轮机轴)提起，液压提升器必须经过全面检查合格，油泵油位正常。待提升到水发法兰面止口开始进入时停止，仔细检查水发联轴法兰面，然后用钢板尺卷上干净白平布，蘸上酒精将法兰面清扫一遍。清扫完后继续提升水轮机转轮(带水轮机大轴)，当水发法兰无间隙时停止提升。

6.5 对称将18-M90×6联轴螺栓穿过，并旋上联接螺母，在联轴螺栓穿销过程中要是螺栓按原拆卸位置装复。尽量将18颗水发联接螺栓全部穿入。整个穿入过程中可以用大型铜棒轻轻地敲击放松螺栓，穿入螺栓旋紧螺母必须加入高级润滑脂，整个操作过程每个工作人员必须非常清洁，防止灰尘进入丝扣造成螺栓永久性咬死损坏。

6.6 在第一组联轴螺栓变形测量孔上架设好螺栓变形测量计和百分表，将百分表大针对“0”，小针统一对“5”。架设百分表前，要用手电筒检查螺栓变形测量计和测孔光滑、整洁、无毛刺。

6.7 启动油泵，将第一组联接螺栓拉伸值拉至0.20mm时，用0.03mm塞尺检查水发联轴法兰面不能通过，在整个联轴螺栓拉伸过程中，要派两个人用铜棒用力敲击装在联轴螺母的扳柄将联轴螺母扳紧。拉伸高度一次不得超过12mm，超过12mm就可能造成液压拉伸器O型密封圈损坏。

6.8 将另外六组联轴螺母用手旋紧使其紧靠发电机法兰面，然后开始进行其他六组联轴螺栓拉伸，分别在400bar、700bar、900 bar作三次停顿，一般来说在900bar油压下，联轴螺栓拉伸值可达0.40±0.02mm。

6.9 松开第一组联轴螺栓至螺栓拉伸值为零，重新启动油泵按要求将联轴螺栓拉伸至0.40mm。

6.10 仔细分析统计18颗联轴螺栓拉伸值是否都达到设计拉伸值，确认无误后将所有联轴工具拆除。

6.11 水发大轴连接前，应仔细清扫和检查连接法兰面，确保法兰面无异物和高点，安装时应多次检查且用酒精和白布清扫法兰面。水发大轴连接后，应用0.02mm的塞尺全圆周内仔细检查连轴法兰面的接触情况。

图6-1 水发联轴工艺流程

6 结束语

通过对水轮机轴与发电机轴连接工艺的改进，使水发联轴达到了预期的技术指标，而且使得大家更清楚的了解水发大轴连接工艺，并且为同类型机组大修时水发联轴打下了良好的基础，积累了经验。也为其他电站同类型的机组大修时水发联轴提供参考