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立式水轮发电机组综合改造
立式水轮发电机组综合改造
摘要：立式水轮发电机组水导瓦在运行中的状况，直接关系到发电机组的稳定性、安全性和经济性。
立式水轮发电机组水导瓦上水是立式发电机组普遍存在的通病，也是很难解决的疑难病症。
所以研究分析和改进立式发电机组水导瓦上水的问题是很有必要的，为了更好地从根本上解决水导瓦上水、发电机与永磁机联轴器不同心的问题。
对我单位的尾水电站#1水轮发电机组进行了大胆的、攻关式的技术改造。
在这次改造中工作量最大的一项任务是将原来的水导瓦废除，改用滚柱轴承来替代原来的水导瓦，也是本次改造的难点。
关键词：上水;水导瓦;轴承;振动;永磁机;联轴器
一、概述
我电站是利用#1-#6发电机组做功后的废水，在排出的过程中进行截流废水再利用，在废水回归大江之前在高水位处截流聚水，在低水位点临江安装了5台小型立式水轮发电机组，其型号为SF630～16/2150，每台发电机的有功功率为630千瓦。
电站自1990年投产发电以来还算比较稳定，遗憾的是每年进入夏季时厂里运行的机组多、来水量大，对水电站是一个利好的因素，是大发水电的好时机。
但是汛期到来以后，由于江水的上涨导致水轮机组的落差变小，工况变差，水轮机组做功后的尾水排泄受阻，使机组的水轮轴系所承受的正压过高而上水，该水进入水导瓦润滑油室就会造成润滑油乳化变质。
此时水导瓦便失去润滑。
由于循环水中含有很多的泥沙，会直接作用于水轮机轴颈和轴瓦之间产生很大的磨损，若不能及时发现、解决这一问题，机组就会在短短几天内造成水导瓦与轴颈之间的间隙过大，甚至将水导瓦烧损，使机组不能继续使用而被迫停机检修，严重影响发电量。
另外该机组的发电机和永磁机联轴器，经常处在不同心的状态下运行，造成机组振动烧损轴承的故障。
根据上述隐患的特点对我们电站的#1水轮发电机组进行了综合性的技术改造。
二、水轮机改造
1.水轮机联轴器的改造
这次改造工作量比较大的一项是对水轮机轴的改造，若想将改造后的轴承镶嵌到水轮轴上，必须将原有的水轮轴联轴器用车床车削掉(原联轴器与水轮轴为一体的)，才能将轴承安装到水轮机轴上。
所以必须重新加工一个新的联轴器与原水轮机轴配合。
由于原联轴器与水轮轴为一体锻造成型的，所以它的联轴器直径较小，但是又由于它为一体的且机械强度很大。
如果新的联轴器采用与原来联轴器外径相同的话，联轴器与轴镶嵌处的壁厚不够，满足不了机械强度的要求，增加联轴器壁厚，联轴器穿透螺栓的螺母配合空间又不够，在这种情况下，我采用了增加联轴器壁厚，省去螺母然后直接在联轴器上加工螺纹的方法，从而解决了配合螺母空间不够的问题。
该方法既能满足机械强度的要求，又解决联轴器直径小的难题。
2.水轮机的水导瓦改造为轴承运行
为了满足轴承的安装要求，首先要对原来水轮轴在轴承的安装部位进行机械加工，将原来与水导瓦接触的轴颈用车床车掉。
在该处重新加工一个与轴承内套相配合的轴颈，新轴颈的位置要高于原来水导瓦的安装位置100mm，考虑到轴承的承载能力和轴承所适应的转数，我选用了N244型号的滚柱轴承。
因为该轴承的内径尺寸为φ220mm，外径400mm的滚柱轴承。
而原来水轮轴的内径只有190mm，因此需要加工一个与轴承配套的轴承内套先热装到轴上，然后再在这个轴套上面安装轴承。
3.防止联轴器与水轮轴脱离的技术措施
改造后的联轴器为分体联轴器，在结构上发生了变化。
水轮发电机为立式轴流式水轮发电机，水轮机组在运行时水轮机叶轮被水流冲击时会承受很大的冲击力，为了防止水轮轴从联轴器孔内脱出，于是在水轮轴上加工了M180的螺纹和与螺纹配套的法兰盘，法兰盘上的内圆为M180螺纹，圆周加工8个螺丝孔与联轴器的根部连接，这样就确保了水轮轴联轴器与发电机转子的联轴器可靠连接。
三、发电机永磁机与励磁机联轴器的改造
在这次改造中，还对发电机永磁机和励磁机轴端不同心的隐患进行了技术改造，励磁机和永磁机的联轴器为一个金属轴套，通过金属键分别套在励磁机与永磁机的轴端，将二者连接在一起，属于硬性连接，轴套与两端轴头之间有一定的间隙，同心度无法调整。
在机组运行中轴套与轴头之间处于磨损状态，还承受着径向力的影响，使永磁机与励磁机之间产生振动较大，永磁机轴承振动最大值可达0.36mm，致使永磁机的轴承经常损坏，时刻威胁着机组的安全运行。
利用胶皮板制作联轴器骨架，然后分别用这两个胶皮板的骨架将励磁机和永磁机的轴端连接起来，属于软连接，连接点与连接点的中心轴线之间相隔120度，这样可以完全躲过径向180度的最大应力点。
同时利用胶皮板的柔韧性，可以非常有效的缓解励磁机和永磁机不同心带来的不良影响。
使永磁机轴承只承受一个很小的径向力，轴向力更是微乎其微。
同时也延长了轴承的使用寿命，减少故障发生的频率，既节省了原材料的消耗，也减轻了检修人员的劳动强度，机组的运营成本也会有所降低，提高了经济效益。
目前该机组的改造工作已经竣工，机组投入运行状况很好，各项技术参数稳定。
四、改造后机组体现的优越性
改造后的机组由于轴承的安装位置高于原来水导瓦的安装位置，而且轴承的径向间隙也比原来水导瓦的间隙要小，所以水轮轴对密封水系统的盘根的作用力也很小，盘根受到的摩擦力和碾压力也比较小，因此盘根对水的密封作用大大增强。
从而大大的提高了机组的承载能力和安全系数，避免了水轮轴上水淹没水导瓦的现象发生。
由于废除了轴瓦每年每台机组可以节约液体润滑油100Kg左右，也免除了对江水的污染，对现代的绿色环保也做出了贡献。
五、结语
综上所述，改造后的水轮机组由于结构上发生的变化，机械零部件间的配合得到了合理的改善，所以该机组在今后的运行中就不用因为水轮轴上水问题而人为的去限制负荷了，从此彻底解决了困扰电站20余年的汛期限制负荷的问题，也填补了水轮机组轴瓦和轴承并用的空白。
该机组已通过试运行的检验，于2011年11月10日满载运行以来，机组状况一直很好。
尤其等到汛期的时候，该机组的优势会更加的突出，也会为公司创造丰厚的效益，值得推广。
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