银盘电站1号机组A 修转轮部件磨损及修复

2021-11-26李东辉

设备管理与维修 2021年20期

李东辉

（重庆大唐国际武隆水电开发有限公司，重庆 408506）

1 转轮结构简介

转轮作为水轮发电机组的核心部件之一，其主要作用是把水的势能和动能转化为旋转机械能，然后通过主轴带动发电机转子旋转，转轮是水轮发电机组产生电能的原动部件。

银盘电站机组均采用轴流转桨式转轮，带有6 叶片，转轮结构如图1 所示。主要由转轮盖、轮毂（转轮体）、操作架、耳柄、桨叶、连杆机构、叶片枢轴、活塞、活塞杆等部件装配而成。转轮轮毂最大直径为3.85 m，整体总重量约253.63 t。桨叶采用单支承结构，通过9 颗M130 螺栓将桨叶与枢轴、转臂连接在一起，枢轴通过内轴套和外轴套固定在转轮体的桨叶枢轴孔内。操作架、活塞、活塞杆组成透平油充压式传动结构，操作架与转臂通过连杆机构联接，组成类似于曲柄滑块机构。受油压作用，活塞、活塞杆、操作架作上下直线运动，转臂、枢轴和桨叶通过连杆机构将上下直线运转化为圆弧运动。

图1 转轮结构

采用铜合金制成的“L”形铜套作为枢轴与轮毂间的转动摩擦副。桨叶转臂为合金结构钢锻造制成，合金结构钢规格编号为35CrMo，其化学成分见表1，材料本身具有很高的静力强度、冲击韧性及较高的疲劳极限。

表1 35CrMo 合金结构钢化学成分 %

当机组稳态运行时，该接触面承受水流冲击产生的压应力，机组调整负荷时，该接触面承受桨叶转动与水流冲击所产生的压应力和滑动摩擦力

2 转轮部件磨损情况

2020 年11 月，银盘电站1号机组开展计划性A 修，将机组上机架、转子、下机架、主轴、支持盖、转轮、顶盖按照吊装流程逐一吊出机坑，将转轮放置在安装间指定位置的支墩上作进一步解体检修。对转轮解体检修过程中，检查发现轮毂轴套、连杆机构转臂等部件均出现不同部位、不同程度磨损、啃噬等损伤情况，其主要损伤情况如下：

（1）“L”形外轴套（铜质材料）内侧环面有磨损，磨损位置主要集中在在压应力较大的上右部分（从转轮内部向外看），磨损程度大部分在0.08～0.12 mm，个别坑点较深。“L”形外轴套（铜质材料）外侧环面与枢轴环面接触，接触面积较大，所受压应力较小，未见明显磨损。“L”形外轴套内侧环面磨损如图2 所示。

图2 “L”形外轴套内侧环面磨损

（2）转臂大法兰面与“L”形外轴套内侧面直接贴合部分有较严重偏磨、研蚀，磨损区域与外轴套内侧面受损位置相对应，外轴套内侧面磨损产生的细小铜颗粒把转臂大法兰面上左边部外边缘的接触面损伤成麻点小坑，其中6号转臂大法兰最大磨损深度约0.30 mm，麻点小坑呈现与轴套套相近颜色并可见细小黄铜材料颗粒。转臂大法兰面部分磨损如图3 所示。

图3 转臂大法兰面部分磨损

（3）连杆机构中耳柄螺栓与操作架接触的端面有局部磨损，磨损位置主要分布在半侧靠近耳柄螺杆周边，磨损区域为斑状分布且呈现暗银色金属光泽，其内部可见数个细小凹坑，其中以6号桨叶连杆机构磨损痕迹比较明显。耳柄螺栓部分磨损如图4 所示。

图4 耳柄螺栓部分磨损

连杆机构连板与圆锥销的销孔均出现崩裂缺失，其中以轴向单边崩裂啃噬为主，引起原因是销孔深度过大导致销钉窜动后出现间隙，如果继续长期运行将造成连杆机构松动、桨叶拒动等设备安全风险。连板销孔崩裂啃噬如图5所示，圆锥销销孔崩裂啃噬如图6 所示。

图5 连板销孔崩裂啃噬

图6 圆锥销销孔崩裂啃噬

3 修复方案及技术要求

根据转轮部件各部位磨损程度的客观分析，结合其他电站相似情况的处理方式，并与设备制造厂家协商，最终确定以下技术措施进行处理：

（1）由于“L”形外轴套外形尺寸较大，重量达200 kg，在原有基础上修复处理较为困难，联系东方电机厂作为协作处理厂家，对原有6 个“L”形外轴套进行拆除，采用大小、材料都相同的新“L”形外轴套替换，铜套与轮毂采用冷压装配后再作精加工，其铜套材料为CuAl10Fe5Ni5，材料标准见表2。

表2 CuAl10Fe5Ni5 材料标准

（2）转臂本身为高强度材料不允许补焊，补焊将导致高温裂纹。查看机组图纸可知，转臂大法兰面为精加工面，厚150 mm，留有0.3 mm 的余量，于是对整个大法兰面进行整体磨削处理，磨削过程中不准接刀，控制进刀深度，观察磨削面的粗糙度及磨损痕迹是否消除，完成后再精刀，控制整体车削量≤0.15 mm，其磨削表面粗糙度必须满足图纸要求，达到Ra0.8。通过该方式消除原有磨损金属层，处理后转臂大法兰与“L”形外轴套贴合处的压应力与滑动摩擦力均小于材料自身的许用应力，且峰值应力（最大组合应力）小于材料的屈服强度，对于整个转轮传动机构的使用满足其强度要求，转臂如图7所示。

图7 转臂加工

（3）对连杆机构中耳柄螺栓端面的局部磨损，先采用砂轮机打磨平滑，消除原有磨损痕迹，然后用507 不锈钢焊条进行堆焊、焊补处理，堆焊部位保持受焊均匀，然后用砂轮机打磨，保证堆焊部位与周边组织同等平整光滑。在进行堆焊过程中，必须考虑耳柄端面圆度，不能进行连续、长时间施焊，采取间隔施焊并逐渐冷却堆焊部位，焊条应沿圆周方向游走，以增加后续与操作架贴合的承受强度，焊补部位打磨处理后必须用刀口尺进行平整度检查，最后做探伤检查，以保证焊补部位无暗伤遗留。

（4）对于转轮连杆机构圆锥销，首先在原有损坏基础上进行堆焊、焊补处理，并在中心对称位置重新钻铰新销钉孔，要注意的是，虽然破损销钉孔为少数现象，但应将转轮其他连杆机构做相同加工处理，防止后续出现同样破损。

4 修复过程中需注意的事项

针对修复处理措施要求，将轮毂外送至四川德阳东方电机厂进行加工，将转臂外送至重庆燕昌加工中心进行磨削加工，其中更换外轴套的难点在于必须确保“L”形外轴套外形尺寸大，加工精度要求高，在冷压装配过程中不能出现跳动，而转臂大法兰面磨削需提前制作合适工装并在车床上进行调平。公司派遣检修技术人员全程跟踪修复部件的运输和加工，充分与加工协作厂家沟通，确保部件修复处理质量满足技术要求。其中需要注意的加工工序，如轮毂上加工机床时的装夹防护、枢轴孔的定心找正、换装铜套铸造质量的探伤检验、基准尺寸的现场测量、铜套压装后各项参数复测、转臂加工工装的制作及调平等，都应在技术人员的监督参与下进行并做好记录，最终数据和实际加工效果必须得到技术人员的认可才可进行下一步加工工作，直至工序全部结束。只有通过对修复处理的全过程控制和验收，才能有效杜绝由于误操作或者工艺控制不严格造成转轮部件不可修复现象的发生，确保不影响整个机组检修工期。

全部部件加工验收合格后，将修复处理完成的部件做好防护，避免运输过程中发生表面氧化锈蚀，运回电站安装间后进行回装，回装工作应严格按照作业指导书开展，确保转轮内部部件在回装过程中不会出现磕碰、卡死等工艺问题，回装后对转轮进行耐压和动作试验，观察机构运动的情况，是否有卡涩、异常声响等现象，以保证装配质量合格。