摘要：立式水輪發電機組水導瓦在運行中的狀況，直接關係到發電機組的穩定性、安全性和經濟性。立式水輪發電機組水導瓦上水是立式發電機組普遍存在的通病，也是很難解決的疑難病症。所以研究分析和改進立式發電機組水導瓦上水的問題是很有必要的，為了更好地從根本上解決水導瓦上水、發電機與永磁機聯軸器不同心的問題。對我單位的尾水電站#1水輪發電機組進行了大膽的、攻關式的技術改造。在這次改造中工作量最大的一項任務是將原來的水導瓦廢除，改用滾柱軸承來替代原來的水導瓦，也是本次改造的難點。
一、概述
我電站是利用#1-#6發電機組做功后的廢水，在排出的過程中進行截流廢水再利用，在廢水回歸大江之前在高水位處截流聚水，在低水位點臨江安裝了5台小型立式水輪發電機組，其型號為sf630～16/2150，每台發電機的有功功率為630千瓦。電站自1990年投產發電以來還算比較穩定，遺憾的是每年進入夏季時廠里運行的機組多、來水量大，對水電站是一個利好的因素，是大發水電的好時機。但是汛期到來以後，由於江水的上漲導致水輪機組的落差變小，工況變差，水輪機組做功后的尾水排泄受阻，使機組的水輪軸系所承受的正壓過高而上水，該水進入水導瓦潤滑油室就會造成潤滑油乳化變質。此時水導瓦便失去潤滑。由於循環水中含有很多的泥沙，會直接作用於水輪機軸頸和軸瓦之間產生很大的磨損，若不能及時發現、解決這一問題，機組就會在短短几天內造成水導瓦與軸頸之間的間隙過大，甚至將水導瓦燒損，使機組不能繼續使用而被迫停機檢修，嚴重影響發電量。另外該機組的發電機和永磁機聯軸器，經常處在不同心的狀態下運行，造成機組振動燒損軸承的故障。根據上述隱患的特點對我們電站的#1水輪發電機組進行了綜合性的技術改造。
二、水輪機改造
1.水輪機聯軸器的改造
這次改造工作量比較大的一項是對水輪機軸的改造，若想將改造后的軸承鑲嵌到水輪軸上，必須將原有的水輪軸聯軸器用車床車削掉(原聯軸器與水輪軸為一體的)，才能將軸承安裝到水輪機軸上。所以必須重新加工一個新的聯軸器與原水輪機軸配合。由於原聯軸器與水輪軸為一體鍛造成型的，所以它的聯軸器直徑較小，但是又由於它為一體的且機械強度很大。如果新的聯軸器採用與原來聯軸器外徑相同的話，聯軸器與軸鑲嵌處的壁厚不夠，滿足不了機械強度的要求，增加聯軸器壁厚，聯軸器穿透螺栓的螺母配合空間又不夠，在這種情況下，我採用了增加聯軸器壁厚，省去螺母然後直接在聯軸器上加工螺紋的方法，從而解決了配合螺母空間不夠的問題。該方法既能滿足機械強度的要求，又解決聯軸器直徑小的難題。
2.水輪機的水導瓦改造為軸承運行
為了滿足軸承的安裝要求，首先要對原來水輪軸在軸承的安裝部位進行機械加工，將原來與水導瓦接觸的軸頸用車床車掉。在該處重新加工一個與軸承內套相配合的軸頸，新軸頸的位置要高於原來水導瓦的安裝位置100mm，考慮到軸承的承載能力和軸承所適應的轉數，我選用了n244型號的滾柱軸承。因為該軸承的內徑尺寸為φ220mm，外徑400mm的滾柱軸承。而原來水輪軸的內徑只有190mm，因此需要加工一個與軸承配套的軸承內套先熱裝到軸上，然後再在這個軸套上面安裝軸承。
3.防止聯軸器與水輪軸脫離的技術措施
改造后的聯軸器為分體聯軸器，在結構上發生了變化。水輪發電機為立式軸流式水輪發電機，水輪機組在運行時水輪機葉輪被水流衝擊時會承受很大的衝擊力，為了防止水輪軸從聯軸器孔內脫出，於是在水輪軸上加工了m180的螺紋和與螺紋配套的法蘭盤，法蘭盤上的內圓為m180螺紋，圓周加工8個螺絲孔與聯軸器的根部連接，這樣就確保了水輪軸聯軸器與發電機轉子的聯軸器可靠連接。
三、發電機永磁機與勵磁機聯軸器的改造
在這次改造中，還對發電機永磁機和勵磁機軸端不同心的隱患進行了技術改造，勵磁機和永磁機的聯軸器為一個金屬軸套，通過金屬鍵分別套在勵磁機與永磁機的軸端，將二者連接在一起，屬於硬性連接，軸套與兩端軸頭之間有一定的間隙，同心度無法調整。在機組運行中軸套與軸頭之間處於磨損狀態，還承受著徑向力的影響，使永磁機與勵磁機之間產生振動較大，永磁機軸承振動最大值可達0.36mm，致使永磁機的軸承經常損壞，時刻威脅著機組的安全運行。
利用膠皮板製作聯軸器骨架，然後分別用這兩個膠皮板的骨架將勵磁機和永磁機的軸端連接起來，屬於軟連接，連接點與連接點的中心軸線之間相隔120度，這樣可以完全躲過徑向180度的最大應力點。同時利用膠皮板的柔韌性，可以非常有效的緩解勵磁機和永磁機不同心帶來的不良影響。使永磁機軸承只承受一個很小的徑向力，軸向力更是微乎其微。同時也延長了軸承的使用壽命，減少故障發生的頻率，既節省了原材料的消耗，也減輕了檢修人員的勞動強度，機組的運營成本也會有所降低，提高了經濟效益。目前該機組的改造工作已經竣工，機組投入運行狀況很好，各項技術參數穩定。
四、改造后機組體現的優越性
改造后的機組由於軸承的安裝位置高於原來水導瓦的安裝位置，而且軸承的徑向間隙也比原來水導瓦的間隙要小，所以水輪軸對密封水系統的盤根的作用力也很小，盤根受到的摩擦力和碾壓力也比較小，因此盤根對水的密封作用大大增強。從而大大的提高了機組的承載能力和安全係數，避免了水輪軸上水淹沒水導瓦的現象發生。由於廢除了軸瓦每年每台機組可以節約液體潤滑油100kg左右，也免除了對江水的污染，對現代的綠色環保也做出了貢獻。
五、結語
綜上所述，改造后的水輪機組由於結構上發生的變化，機械零部件間的配合得到了合理的改善，所以該機組在今後的運行中就不用因為水輪軸上水問題而人為的去限制負荷了，從此徹底解決了困擾電站20餘年的汛期限制負荷的問題，也填補了水輪機組軸瓦和軸承並用的空白。該機組已通過試運行的檢驗，於2011年11月10日滿載運行以來，機組狀況一直很好。尤其等到汛期的時候，該機組的優勢會更加的突出，也會為公司創造豐厚的效益，值得推廣。
