四川江边水电站位于雅砻江中下游左岸一级支流, 发源于四川甘孜藏族自治洲东南部九龙县与康定县交界处的九龙河上, 为九龙河干流中下游梯级开发的第五个梯级水电站, 也是最后一个梯级电站。本电站总装机容量为3 3 0 M W。装设3台单击容量为110MW混流式水轮发电机组;多年平均发电量约为15.5/16.2亿kW·h (单独/联合) , 保证出力 (9 0%) 5 5.5 4/6 2.4 4 M W (单独/联合) 。装机年利用小时4960/4991 (单独/联合) 。电站以220kV电压等级接入电力系统;电站以发电为主, 在系统中担任调峰等任务。电站按“无人值班” (少人值守) 方式设计。电站计划首台机组2011.2月底发电。
1 江边水轮发电机主轴 (水机轴+中间轴+电机轴) 的设计特点
1.1 电机轴
江边电机轴:轴身材料:锻20SIMn;支架立筋材料Q345-A;其余材料:Q345-B。
电机轴结构形式为主轴支架结构, 转子支架焊接在主轴轴身上, 电机轴总长度为7275mm, 支架最大外径为φ2398mm, 最小轴径尺寸为φ698mm。工件总重38200kg;转子支架圆周均布6根立筋。电机轴与中间轴用16-M110×6双头螺柱 (铰制螺栓) 连接。
1.2 中间轴
中间轴轴身材料:锻20SIMn;总长度为2540mm, 两端法兰外径均为φ1355mm;轴径尺寸为φ800mm, 工件总重10670kg;轴两表1江边1#机水机轴中间轴同车数据表 (单位0.01mm)
表3江边2#机组主轴 (三轴) 同车数据表 (单位0.0 1 m m) 端法兰分别用16-M110×6双头螺柱 (铰制螺栓) 与水电机轴连接。
1.3 水机轴
水机轴轴身材料:锻20SIMn;抗磨环材料:1Cr13。工件总长度为2540mm, 中间轴连接法兰为φ1355mm, 转轮侧法兰尺寸为φ1360。轴径尺寸为φ800mm, 工件总重12250kg, 中间轴侧法兰分别用16-M110×6双头螺柱 (铰制螺栓) 连接中间轴, 转轮侧法兰设2个扭矩键槽, 键槽部位用2-M100×4螺栓连接, 其余部位用14-M110×6双头螺柱与转轮连接。
1.4 整体轴系结构特点
由于机组整体设计为中拆结构, 设立中间轴, 同时为拆装的方便, 在中间轴与水机轴之间设立连接垫片。由于轴系分段的增加, 对机组轴系整体同心度的调整及单件设计制造提出更高的要求。
2 轴系制作流程
江边水轮发电机组水- (中) -发主轴为销钉螺栓连接定位, 在工厂内其轴系调整的好坏直接影响整个机组的同心度、摆度甚至机组的振动, 对评价整体机组的运行好坏有直接的影响。水轮发电机水- (中) -发主轴同调, 是一项系统、全面的工程, 其具有技术质量要求严、工期持续时间长, 施工专业多等特点, 为了进一步提高轴系同轴精度及机组安全高效稳定运行, 在厂内进行主轴的同调控制其轴系整体同轴度是十分必要的。下面介绍公司在厂内进行水轮发电机主轴制造及同调同车流程。
2.1 电机轴、中间轴、水机轴加工流程简介
(1) 电机轴制造流程。
锻件外协粗加工进厂→钳划线检查→镗两端面装闷头→粗车→探伤→精车 (其中热套推力头、转子支架外径、上下导轴承组装部位及连接中间轴法兰直径部位单边留1mm余量) →划各孔加工线并拆除水机侧闷头→镗水机侧端面至尺寸→钳装镗模→粗精镗联轴孔→三轴联轴同调同车 (中间轴水机轴已经连好) →拆解加工其余键槽及螺。
(2) 中间轴制造流程。
锻件外协粗加工进厂→钳划线检查→镗两端面装闷头→粗车→探伤→半精车 (其中Ra1.6及电机侧法兰直径、端面尺寸部位单边留2mm余量) 水机侧法兰端面至图纸尺寸→划各孔加工线并拆除水机侧闷头→镗水机侧端面至尺寸→钳装镗模→粗精镗水机轴侧连轴孔→与水机轴连轴→水机轴、中间轴同车 (留2mm部位同车至1mm余量, 架中心架部位车至图纸尺寸) →去除中间轴法兰闷头→与电机轴三轴同调同车→拆分各轴加工其余部位。
(3) 水机轴制造流程。
锻件外协→锻件外协粗加工进厂→钳划线检查→镗两端面装闷头→粗车→探伤→半精车 (组装抗磨环部位外圆加工到位) →组装抗磨环并封焊→精车 (工件两端法兰直径、水机侧法兰端面、滑转子外圆及其余Ra0.8~1.6部位单边留2mm余量→去除两侧闷头→粗精镗组装镗模→粗精镗两侧联轴孔 (中间轴法兰端面至图纸尺寸) →与中间轴连轴同调同车→后接中间轴加工流程。
2.2 发-中-水轴同调方案
主轴厂内同调根据机组结构形式的迥异可以分为两种方案。
(1) 挂钢琴线同调:主轴竖直立起联轴, 利用竖直悬挂钢琴线, 测量主轴百度检测部位到钢琴线距离, 计算出轴线偏移方位, 再进行旋转调整, 直到符合图纸要求。
(2) 卧车同调同车:即主轴卧放联轴, 再调整到最佳状态时, 需要检测百度位置留加工余量, 同车该部位, 使其达到设计要求。
因江边轴系分为3段, 且工件联轴后细长 (为φ800×12395) , 工件高度太高且立起后重心不稳, 故采用第2同调同车方案。
2.3 水机轴——中间轴调整及同车工艺
(1) 第一阶段 (1#机制造方案) :水机轴及中间轴的同车。 (如水机轴中间轴同车装夹检测图) (如图1)
水 (中) 两轴联轴后, 起吊中间轴朝床头, 双顶针装夹校正同车。同车后轴线测量:按照水中联轴检测7个端面监测点 ( (1) 、 (2) 、 (3) …) 的圆度及跳动。
将水机轴转至+Y线按照顺时针编号1.2……测量8个点 (见轴系断面测量图) , 工件缓慢旋转不停车测量数据, 旋转多周检查测量数据是否一致, 一致则记录。检查两轴的摆度及跳动见表1、图2。
在两轴同车检查合格且电机轴也加工至联轴前尺寸后 (即热套推力头、导轴承及连接中间轴法兰直径及水机侧法兰端面部位单边留1mm余量) , 去除中间轴侧闷头, 粗精镗中间轴联轴孔及端面后进行三轴联轴同车。
三轴同车装夹:电机轴朝床头, 卡抓装夹电机轴 (推力头侧) , 用两中心架支撑撑外圆校正工件 (尾部不用顶针) 见图3。
轴线调整:
由于整个轴系为多段细长结构, 采用床头顶针支撑卡抓装夹, 轴身多点支撑调整车削。
轴系摆度测量:同水机轴与中间轴同车。测量数据见表2。
注意事项:
(1) 由于电机轴在联轴加工前各部位预留加工余量均为1mm, 且中间轴水机轴已经加工到尺寸无余量, 在校正三轴过程中发现:由于三轴连接工件细长及电机主轴结构特性 (转子支架焊接在主轴上) , 三轴联轴装夹后电机主轴转子外圆下挂挠度在0.8mm~1.8mm。这样产生了加工余量不足的情况。经过工件调头装夹后产生的下挂挠度更大, 超过2.0mm, 故采用在电机轴水机侧增加支撑点, 减小电机轴的下挂解决了此问题, 但是大大增加了工件的校正时间, 降低了效率。
(2) 由于工件采用中心架支撑方式 (无尾架) 工件旋转过程存在轴向窜东, 在装夹时应校正工件床头法兰面竖直方向应右一定的偏向量, 使工件在旋转过程中不至偏离机床床头方向。
(3) 轴系各点摆度的测量, 应在调整好光出留余量部位及最终精加工前分别安排测量, 确保工件最终的数据合格。三轴同车测量基准均以电机轴R部位为基准测量轴系摆度及同心度。
(2) 第二阶段 (即2#机轴系制造方案) 水机轴及中间轴的同车:装夹车削与1#机不同之处为:两轴所有法兰外圆, 水机轴转轮侧法兰端面机组装水导外圆, 即其他测量摆度及跳动部位的外圆。端面单边均留1mm车削余量再进行三轴联轴同车。
2#机三轴联轴同车:与1#机不同之处为:工件校正后测量各留有加工余量的外圆及端面, 在工件调整到各外圆余量均匀状态下即可进行同车, 大大降低工件的校正难度。同时不需两外增加的支撑点, 即两点支撑即可同车。同车后测量方法与1#机测量方法相同。各点测量数据见表3。
依据上表测量数据, 调整后的工艺方案符合设计要求且大大降低了制作周期及加工校正难度。
3 结语
江边机组主轴轴系为多段细长杆状结构, 加工特点为多轴多段, 分机床加工, 工件制造难点多, 调整困难大, 本文对多段轴系的制造加工做简短的总结介绍及说明, 对以后同类型机组主轴的加工及制造提供借鉴。
摘要：概述水轮发电机厂内多段轴系同调同车的厂内制造流程, 总结作业指导中的控制要点及注意事项, 为顺论发电机轴系多段多轴厂内制造及同调积累经验。
关键词：同调,多段轴系,同车
参考文献
[1] 水轮发电机组安装技术规范, GB 8564—2003[S].
[2] 机械设计手册 (第4版) [M].2002, 1.
[3] 水电站机电技术.2009, 6.