350t转子超速动平衡试验站建设过程中存在的问题及应对措施

王 双

（中国联合工程公司，浙江 杭州310022）

上海电气建成的350 t动超试验站，目前为国内首家建设，能够平衡转子的参数量级，居国内第一，世界前列。其中转子重量350 t，直径7 m，长度20 m。该动超试验站既可作汽轮机转子的动平衡试验和超速试验，也可同时兼容180万千瓦级发电机转子的动平衡及超速试验工作。其建成投产，填补了国内发电设备科研、制造行业的一项空白，标志着我国完全具备自主研发大型发电设备的基本条件，同时也标志着我国自主研发、设计、制造大型发电设备的能力已跨入国际先进水平的行列。

350 t超速动平衡试验站的核心设备，选用德国申克的摆架及新研发的不平衡量测控系统，配备有先进的动平衡软件，平衡效率高，工作环境好，劳动强度低。非标设备全部自行设计，国内采购，质量有保证，建造周期短，成本低，使用维护方便。该试验站自2011年6月建成并投入使用以来，运行状况良好，各项性能指标全部达到设计要求。

作为该项目的主要参于者，仅就设计、制造、安装、调试过程中存在的问题及应对措施分述如下。

1 设计参数简介

设计按功能分类为五大系统：拖动系统、润滑系统、不平衡量检测系统、真空系统及辅助系统。各系统的设计参数如下:

1.1 拖动系统

拖动系统的动力为一台10 kV、15 000 kW、1 500 rpm的同步变频电机，通过齿轮变速箱、中间轴、无伸缩万向联轴节和试验转子相联接，从而带动转子高速转动；电源为一台公用的20000kW变频机组；变速箱、中间轴为法国法兰德产品，变速箱功率15 000 kW，升速比1.5和3两档，中间轴伸出端和壳体间装有压缩空气润滑的动密封装置，动密封漏率小于40 Pa·L/s。

1.2 润滑系统

润滑系统根据工作状况分为大气润滑油和真空润滑油系统两大部分。

大气润滑油系统专门为拖动系统供油。油站由三台额定压力1 MPa、流量900 L/min的螺杆泵，一个18 m3的方型储油箱，一个6 m3的方型高位备用油箱组成。顶轴油站为两台额定压力为32 MPa，流量为40 L/min的柱塞泵。

真空油润滑系统专门为试验转子轴承提供润滑油。油站由四台额定压力为1 MPa，流量为1 800 L/min的螺杆泵，一个50 m3的园柱形储油箱，一个16 m3的园柱形高位备用油箱组成。顶轴油站为三台额定压力为32 MPa，流量为40 L/min的柱塞泵。

每个油站正常工作时均有一台泵作为备用泵。每个润滑油站的每台油泵出口均装有相应的过滤器和润滑油冷却器。每个油箱均装有润滑油加热器。过滤器过滤精度为20μ。

1.3 不平衡量检测系统

不平衡量检测系统主要由摆架、位移传感器及电子测量仪等组成。摆架为整体结构的DH13型，水平方向固有频率：80.7 Hz/4 842 rpm，垂直方向固有频率：80.7 Hz/5 148 rpm，水平刚度为7 000 N/μm，垂直刚度：20 000 N/μm，径向刚度：2 700 N/μm；位移传感器T27；电子测量仪VC4000，检测精度E0.5μ。全套设备为德国申克产品。

1.4 真空系统

真空系统主要由真空舱和真空机组等两大部分组成。

真空舱是一个直径10 m，长度24 m的桶状钢结构件。大门和桶体之间装有高强度耐油唇形橡胶密封圈。设计漏率要求不大于3 200 mPa·L/s。在真空状态下，作用在密封大门上的作用力接近800 t。

真空机组共有12套主真空泵组，外加1套润滑油除气用真空泵组。每套主真空泵组，均由一台WAU2001罗茨泵、一台SV750B单级油封式旋片泵串联组成。除气泵组由一台WAU1001罗茨泵和一台SV630B旋片泵串联组成。13台机组同时工作，真空舱最低真空度50 Pa。抽到设计要求的133 Pa时，耗时不大于54 min。真空抽空管路上装有两个DN160电磁气动排空阀，排空时间15 min。真空泵组及排空阀为莱宝天津工厂生产。

1.5 辅助系统

辅助系统主要由润滑油冷却泵组、转子运送平车及其它辅助设备等组成。冷却水压为0.2 MPa，最大流量400 m3/h。运送平车是德国申克生产，最大承载能力为440 t；速度为0~10 m/min，可调；摆架升降不同步，误差小于0.2 mm。

2 关主件(非标)设备制作

真空舱是试验站设备中唯一的超大超重钢构件。舱体筒体直径10 m，长24 m。一端(后端)为带夹层的固定封头，另一端(前端)为带夹层的可移动大门。整体自重约800吨左右。

真空舱筒体制作过程中分成五段：第一段：后墙板筒节段；第二、三、四段：中间筒节段；最后一段：法兰筒节段。后墙板筒节段墙板夹层中的钢骨架制作时先不做，留在组装完后焊装。每个筒节除法兰筒节段外，均加装20号槽钢制作的米字形工艺支撑。

法兰筒节段和密封大门分为上下两段制作。销合在一起后，再整体加工直径10 m的环形密封面，平面度要求1 mm以内。机加工过程分粗加工、精加工两道工序完成。粗加工前、后，工件做时效处理。

3 关键设备的安装

3.1 真空舱的安装

分段制作好的真空舱筒节人工搬运到现场，按照先墙板筒节段，中间筒节段1，中间筒节段2，中间筒节3的次序，使用450吨的汽车吊依次吊装到事先装好的筒体支架上。然后，调整、对位、焊接。最后，再吊装、对焊法兰筒节段。

密封大门在筒体周围的钢筋水泥浇注完成后安装。先用吊机把下半部分吊装在大门移动机构上，再把上半部分吊装就位。销合后，焊接结合面。焊完后修平密封面焊缝。

3.2 摆架中心和中间轴中心的对中

摆架的中心是由前后摆架在舱体内L槽铁上的摆放位置决定的。对中就是要求中间轴安装过程中，中间轴的中心要和摆架的中心在一条直线上。

（1）把前摆架放在接近实际工作的位置，后摆架放在L槽铁全长2/3处。调整摆架两侧面相对L槽铁侧立面的距离相等。配作一侧斜铁下端的垫板，使得斜铁全部压下时，摆架侧面和L槽铁侧面密合(在工作时，这个侧面的斜铁始终全部压到底，确保每次摆架就位时，摆架中心理论上始终处在最初的安装线上)。

（2）在中间轴头上安装一个专用的靶笼。

（3）在每个摆架轴承孔间架设两个中心透光的大三角架。在靶笼的前端孔上装一个透光的小三角架。在靶笼的后端孔上装一个光学靶芯。

（4）利用光学对中仪，通过调整中间轴的位置，使得靶笼上的靶点和五个支架上的十字光丝处在一条直线上。

其中，靶芯和大小透光三角架系光学对中仪自带附件。靶笼自制。对中过程如图1所示。

图1 光学对中仪对中

4 调试过程

（1）油路的冲洗。因摆架润滑油管路长，拐弯多。若按常规方法冲洗，时间会很长。改进的作法是在摆架进油口加装一套过滤器，不仅冲洗时间大大缩短，而且可以确保进入摆架的润滑油永远是干净的。

（2）拖动电机的顶轴油站，设计为一台泵同时向两个轴承供油。第一次使用时出现一端抬起，而另一端抬不起来现象。处理的办法是把两端轴承盖紧定螺钉松开，反复顶几次后，情况将有所改善。再给轴承进油端分别加装一段节流管，问题会彻底解决。

（3）摆架顶轴油站，设计为两台泵分别向两个轴承单独供油。平衡发电机长转子时，有时出现一端顶不起现象。解决的方法是松开摆架上轴承盖，反复顶几次就可以解决。

（4）天津莱宝提供的抽真空机组，重复第二次抽真空时，部分机组就会过热停机，冬季以外几乎无法运行。通过加装强力通风装置，问题彻底解决。

（5）取掉摆架润滑油主管路上的减压阀，润滑油的压力改为由上油箱进油管阀门来控制。阀门开度增大，流进上油箱的油量加大，摆架的进油压力就降低。阀门开度减小，流进上油箱的油量减少，摆架的进油压力就升高。

（6）进入摆架的油压不能高于备用油箱高差所产生的压力。如果油压偏高，应更换轴瓦为专用轴瓦，即在轴瓦内表面的中间开一个适当的环槽。槽子宽度越大，降压效果越明显。

（7）在真空润滑油系统中，备用油箱进油管上的阀门，应采用截止阀或闸阀，有利于方便、平滑的调节供油压力及相应的供油量。动平衡时，且记：每更换一种平衡转子的规格，就要调整一次这个阀门的开度。

（8）真空油站所需工作油泵的台数，决定于摆架轴承所需的油量。应保证泵组的输出总油量大于摆架轴承所需的油量。多余的油会通过备用油箱回流到泵的入口油箱。

5 结束语

350 t动平衡实验站，设计过程中，关键设备部分向世界最高水平看齐，具有前瞻性。建造过程中，有效地解决了大型真空舱制作、运输、安装难题，很好地解决了多台同轴设备安装的准确对中工作。调试运行过程中，较好地解决了出现的通用问题和随机问题。一并括列出来，想必对从事该项工作的工程技术人员有一定的指导作用。