大型水輪發(fā)電機組鏡板研磨工藝探討

袁世鐸，李 勇

（五凌電力有限公司五強溪水電廠，湖南 沅陵419642）

1 概述

大型水輪發(fā)電機組鏡板承受著水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子的重量及軸向水推力等軸向負荷。其工作性能不僅影響機組的出力和效率，而且還直接關(guān)系到能否安全穩(wěn)定運行。鏡板和推力瓦之間如保證有良好的潤滑條件，就必須使鏡板和推力瓦的出油邊的潤滑油膜厚度滿足常規(guī)設計值（一般在0.03-0.07 mm左右），這就要求鏡板的平面度小于0.03 mm，表面粗糙度Ra值≤0.1 μm，若鏡板平面度較差，其偏差超過油膜的最小厚度時將導致油膜破壞，推力瓦和鏡板之間處于半干摩擦狀態(tài)下運行，導致燒瓦事故[1]。為達到以上要求，在推力軸承鏡板檢修研磨時，應提高鏡板修復精度，盡可能減小表面粗糙度Ra值。

五強溪電廠鏡板采用55號鍛鋼精加工而成。外徑Φ4190 mm，內(nèi)徑Φ2870 mm，厚度280 mm，重15.93 t，鏡面粗糙度Ra值按設計圖紙要求≯0.1 μm。

2 鏡板研磨前準備

2.1 工器具

（1）電動研磨裝置

研磨是在工件轉(zhuǎn)動與含有磨料自由運動的相對運動中，借助兩接觸面間的壓力和相對滑動來進行切割的精加工方法。電動研磨裝置由機座、支承裝置、調(diào)節(jié)裝置、驅(qū)動裝置、研磨盤、油盆等部件組成。機座由20號鋼板焊接制作而成，最大直徑2500 mm，高度500 mm，用于安裝支承裝置、驅(qū)動裝置、研磨盤等設備部件。支承裝置由4個活動支撐架組成，在支撐架下端加螺紋千斤頂作為輔助支撐，以增加活動支撐的承載能力，在支撐架上部安裝有水平調(diào)整器，可對鏡板進行任意方向的粗調(diào)或細調(diào)。驅(qū)動裝置由變頻電機及精密行星減速機組成，由減速機通過轉(zhuǎn)臂帶動研磨盤旋轉(zhuǎn)，研磨盤沿鏡板圓周方向布置有3個，每個研磨盤直徑380 mm，沿圓周方向錯開，以確保整個鏡面均可以研磨，研磨盤的工作速度由變頻器控制可實現(xiàn)無極變速，確保研磨盤沿鏡板周向運動的工作線速度達到2.7～3.5 m/s，研磨盤磨頭壓力設計為0.6～1.0 kg/cm2，可進行預壓力的調(diào)整，確保研磨力均勻。在鏡板下端油盆，可儲存透平油、研磨膏等研磨后形成的油污。

（2）條式水平儀（250×0.02 mm）

（3）表面粗糙度檢測儀（型號：DT100）

（4）鏡板專用平衡梁吊具

（5）螺旋千斤頂（4×10 T）

（6）鋼板尺（1000 mm）、卷尺（3 m）

2.2 材料

金剛石研磨膏（W20-W1）、海軍尼絨布（厚度5 mm）、綢布、白布、無水乙醇、46號汽輪機油、蠟紙、毛刷、毛氈、枕木。

2.3 研磨準備

（1）清掃研磨場地，清洗電動研磨機、工量具等，應達到無塵要求。

（2）安裝、調(diào)整好研磨機。

（3）將鏡板吊入自動研磨裝置外圈，鏡面朝上，用枕木和螺旋千斤頂調(diào)整鏡面水平直至其±X、±Y 4個方向水平偏差均≯0.04 mm/m。在研磨前還應對鏡面水平度進行復測。條式水平儀切向放置測量鏡面水平。

（4）在鏡板放置現(xiàn)場搭設施工棚，施工棚頂部及四周鋪設彩條布，并設明顯警示標識。

（5）用無水乙醇、白布洗凈鏡面，再用綢布進行擦拭干凈，用蠟紙保護好[2]。

3 鏡板研磨工藝

3.1 研磨前檢查分析記錄

（1）對鏡板鏡面進行粗糙度測量（以五強溪電廠5號水輪發(fā)電機組推力軸承為例）

鏡板鏡面測點分布狀態(tài)如圖1，對應鏡面粗糙度測量數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1。

圖1 鏡面測點分布狀態(tài)圖

表1 研磨前粗糙度測量數(shù)據(jù) 單位：μm

根據(jù)以上數(shù)據(jù)得出：2號、5號、8號、15號、17號點粗糙度值分別 為 0.18 μm、0.13 μm、0.20 μm、0.11 μm、0.12 μm，共 5 個測點檢測數(shù)據(jù)超過設計圖紙要求0.10 μm，其余19個測點數(shù)據(jù)均在0.07～0.10 μm之間，符合設計圖紙要求≯0.10 μm要求，合格率僅為79.2%，鏡面平均粗糙度為0.094 μm。為保障機組運行最優(yōu)狀態(tài)，鏡板鏡面粗糙度所有測點合格率如需全部達到100%，有必要對鏡板鏡面進行研磨。

（2）鏡面外觀檢查

1）鏡面環(huán)狀局部有多條輕微發(fā)藍帶，為油膜失效后高溫所致；

2）鏡面中部環(huán)狀位置有輕微劃痕，為塑料推力瓦青銅絲與鏡板摩擦所致；

3）+Y與+X的夾角方向的外緣有一疑似銹斑缺陷，疑似原始安裝鏡板時，金屬銳角傷害所致，或潤滑油中較大的金屬顆粒嵌入鏡面與推力瓦接合面摩擦結(jié)果[3]。

3.2 半精研磨

在電動研磨裝置3個研磨盤上包裹2層海軍尼，絨布厚5～7 mm，以保證磨料的吸附和防止絨布破損損壞鏡板鏡面。根據(jù)研磨前鏡面檢測數(shù)據(jù)分析有5個點粗糙度超標，綜合表2、表3對照表數(shù)據(jù)，選擇W5金剛石研磨膏作為研料。

表2 研磨膏粒度與粗糙度對照表

表3 光潔度與表面粗糙度對照表

將適量W5金剛石研磨膏和46號汽輪機油調(diào)勻研磨，研磨每隔5 d檢查記錄1次。檢查時應檢查鏡面無異物，用酒精擦拭。清掃干凈后，再用表面粗糙度儀按鏡板鏡面測點分布狀態(tài)圖復測，并做好記錄。根據(jù)測量結(jié)果，決定是否繼續(xù)研磨，研磨直至鏡板鏡面粗糙度達到0.10 μm，最終鏡板鏡面表面狀態(tài)應呈暗光澤面，達到精密亮度效果。數(shù)據(jù)測量記錄如表4、表5。

表4 粗糙度測量數(shù)據(jù)（第1次 研磨） 單位：μm

表5 粗糙度測量數(shù)據(jù)（第2次 研磨） 單位：μm

3.3 精研磨

鏡板鏡面研磨一般在水輪發(fā)電機大修時才安排進行，為使鏡板鏡面完全達到優(yōu)狀態(tài)，因此有必要對其進行精研磨。根據(jù)表2、表3對照表數(shù)據(jù)，選擇W1金剛石研磨膏進行研磨可使鏡板鏡面粗糙度達到0.05 μm，最終鏡板鏡面表面狀態(tài)應呈亮光澤面，達到鏡面亮度效果。數(shù)據(jù)測量記錄如表6。

表6 粗糙度測量數(shù)據(jù)（第3次 研磨） 單位：μm

如需達到更好的研磨效果，選擇W0.5金剛石研磨膏進行研磨可使鏡板鏡面粗糙度達到0.025 μm，最終鏡板鏡面表面狀態(tài)應呈鏡狀光澤面，達到超鏡面亮度效果。

3.4 拋光

鏡板鏡面研磨合格后，一般需進行拋光處理。用新細絨布蘸46號汽輪機油作研磨劑進行均勻研磨。鏡板鏡面表面狀態(tài)應接近鏡狀光澤面，達到超鏡面亮度效果。數(shù)據(jù)記錄如表7。

表7 研磨前粗糙度測量數(shù)據(jù)（第4次 研磨） 單位：μm

4 總結(jié)

（1）鏡板研磨根據(jù)表面粗糙度儀測量數(shù)據(jù)進行量化分析，根據(jù)結(jié)論，對研料進行選擇，達到較好的研磨效果。

（2）在本次半精研磨、精研磨、拋光過程中，每天研磨下班時對測點狀態(tài)分布圖中測點進行抽檢，并作記錄，如遇異常及時上報。

（3）鏡板研磨由專人值守，制定了鏡板研磨現(xiàn)場管理制度。

（4）研磨場所應有充足的亮度，室溫控制15～24℃，濕度在50%～65%之間。

（5）鏡板研磨每道工序完成進入下道工序前，比照鏡面原始缺陷進行檢查記錄，征得相關(guān)技術(shù)專責同意。