宋 佳 音

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱 150040）

轉(zhuǎn)軸是水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重要組成部件。其受力情況比較復(fù)雜，主要用于傳遞扭矩，承受機(jī)組部分的重量和水推力產(chǎn)生的軸向力，以及定、轉(zhuǎn)子氣隙不均勻引起的單邊磁拉力和轉(zhuǎn)子機(jī)械不平衡力等，并且還要承受事故狀態(tài)下的非正常力矩。因此水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸除了具有一定的強(qiáng)度和剛度外還具有很高的尺寸和形位公差要求，加工難度大。本文綜合哈電公司（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司）多年來所生產(chǎn)加工的立式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸實(shí)例，通過比較、分析，對立式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的加工工藝進(jìn)行深入的研究。

從機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸、機(jī)械強(qiáng)度和剛度的要求以及加工制造、安裝運(yùn)輸?shù)榷喾矫嬉蛩氐木C合考慮，轉(zhuǎn)軸采用的結(jié)構(gòu)型式也不同，近年來隨著機(jī)組容量的不斷增加，轉(zhuǎn)軸的結(jié)構(gòu)型式也隨之改變，以滿足不同工況下的運(yùn)行要求。其結(jié)構(gòu)型式主要有一根軸結(jié)構(gòu)和分段軸結(jié)構(gòu)。

1 一根軸結(jié)構(gòu)

1.1 結(jié)構(gòu)說明

一根軸結(jié)構(gòu)是指發(fā)電機(jī)端從上到下轉(zhuǎn)軸不分段，其徑向尺寸相對較小，屬于細(xì)長軸結(jié)構(gòu)，極容易產(chǎn)生撓度，再加上與之配合的部件較多，配合面形位公差要求高，因此加工工藝復(fù)雜。一根軸結(jié)構(gòu)適用于中、小容量水輪發(fā)電機(jī)和大容量懸式水輪發(fā)電機(jī)，機(jī)組整體性好，軸線易調(diào)整。在這種結(jié)構(gòu)中，發(fā)電機(jī)的扭力矩是通過軸與輪轂之間的鍵或軸與輪轂的過盈配合傳遞的。中、小容量水輪發(fā)電機(jī)的力矩較小，加工鍵槽較方便，故常用鍵結(jié)構(gòu)傳遞力矩；而大容量水輪發(fā)電機(jī)多采用轉(zhuǎn)軸與輪轂熱套結(jié)構(gòu)，借助配合緊量傳遞力矩。

1.2 加工工藝特點(diǎn)

轉(zhuǎn)軸為一根軸結(jié)構(gòu)時(shí)，配車尺寸多，加工找正精度及形位公差要求高，由于轉(zhuǎn)軸軸身細(xì)長，在加工過程中軸身撓度難以控制，這就需要確定出軸身上正確的裝夾位置。

當(dāng)轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子支架（或磁軛）、導(dǎo)軸承滑轉(zhuǎn)子為熱套結(jié)構(gòu)（如圖1）時(shí)，通過對內(nèi)孔的找正來確定轉(zhuǎn)軸兩端的中心架子口，每次調(diào)換裝夾方向后需重新修復(fù)轉(zhuǎn)軸兩端的架子口以消除架子口的誤差，以架子口為找正基準(zhǔn)對上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外圓，轉(zhuǎn)子支架配合段，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外圓及主軸法蘭等在一次裝卡下加工完成，保證發(fā)電機(jī)端各轉(zhuǎn)動(dòng)部件配合面同軸，實(shí)現(xiàn)機(jī)組安裝擺度最小。

當(dāng)轉(zhuǎn)子支架（或磁軛）與主軸鍛成一體（如圖2）時(shí)，此時(shí)磁軛圈的外緣設(shè)有鴿尾形槽（或T尾形槽），用以安裝磁極，這種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)軸由于重量集中在中間段，很容易產(chǎn)生較大撓度，所以在加工、裝配上要采取特殊工藝滿足圖紙要求。為減少撓度給加工帶來的影響，需計(jì)算并確定出正確支撐位置，并且車序加工盡量在單件中完成。在加工磁軛圈上鴿尾槽（或T尾槽）時(shí)應(yīng)注意保證鴿尾槽（T尾槽）平行度、圓周分布及槽型尺寸。除了根據(jù)槽型及設(shè)備情況提制相應(yīng)參數(shù)的成形銑刀外還要制作特殊樣板，保證加工后能夠一次性達(dá)到圖紙要求。對于磁軛圈外圓的多邊形則利用數(shù)控鏜床尾座的分度盤進(jìn)行正確劃分。同一根軸上各外圓表面的跳動(dòng)度需控制在 0.03mm以內(nèi)，以保證整根軸的同軸度。

圖1 大發(fā)水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組轉(zhuǎn)軸

圖2 金漢拉扎水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組轉(zhuǎn)軸

1.3 一根軸結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)

根據(jù)對典型水輪發(fā)電機(jī)一根軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，我們可以總結(jié)出一根軸的徑向與軸向尺寸比例大，使軸身形位公差控制難度加大，為下一步制定出合理的加工工藝方法提供參考，見表1。

表1 轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)

2 分段軸結(jié)構(gòu)

2.1 結(jié)構(gòu)說明

分段軸結(jié)構(gòu)是指在轉(zhuǎn)子支架中心體的上部裝有上端軸(一般又稱頂軸)，在轉(zhuǎn)子中心體的下部裝有下端軸（一般又稱主軸）。由于中間一段是轉(zhuǎn)子支架的中心體，沒有軸，所以又被稱為“無軸結(jié)構(gòu)”。根據(jù)廠房高度情況和機(jī)組整體布置需要有的機(jī)組還將發(fā)電機(jī)的下端軸與水輪機(jī)軸合為一根軸，可降低機(jī)組高度，又可保證軸的加工同軸度，減少軸線擺度，從而提高安裝和運(yùn)行質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)還具有轉(zhuǎn)軸便于鍛造、運(yùn)輸，以及不需熱套輪轂的優(yōu)點(diǎn)。中、低速大容量傘式水輪發(fā)電機(jī)廣泛采用分段軸結(jié)構(gòu)。

2.2 加工工藝特點(diǎn)

頂軸與主軸外圓表面加工常采用“一夾一頂”的方式，通過配車軸堵確定軸身架子口位置，保證軸身的同軸度。當(dāng)頂軸具有引線槽時(shí)，軸身外圓無法車架子口，為便于加工需要提制特殊工具，滿足支撐需要。思林機(jī)組的頂軸（如圖3）在臥車上全部粗加工，滑轉(zhuǎn)子配合面加工到要求后包繞預(yù)防軸電流絕緣，固化后加工絕緣部分，然后熱套滑轉(zhuǎn)子，最后在臥車上精加工配合面。為保證集電環(huán)配合段及滑轉(zhuǎn)子外圓與法蘭止口同心，這些部位必須在一次裝卡下完成。頂軸與轉(zhuǎn)子支架上圓板靠止口定位，不需同鉸聯(lián)軸螺栓孔。而三峽機(jī)組的頂軸（如圖4）則在立車上加工，頂軸單獨(dú)精車后在其端部粘貼絕緣環(huán)并保證絕緣環(huán)安裝的位置度和平面度達(dá)到圖紙要求，然后熱套滑轉(zhuǎn)子，最后以法蘭端外圓為基準(zhǔn)精加工出滑轉(zhuǎn)子外圓。

圖3 思林機(jī)組的頂軸

圖4 三峽機(jī)組的頂軸

主軸在臥車上加工時(shí)，為保證主要配合段同心，發(fā)電機(jī)端法蘭止口與水輪機(jī)端法蘭止口必須在一次裝卡下加工完成。另外，分段軸結(jié)構(gòu)中頂軸與主軸分別用螺栓與轉(zhuǎn)子支架中心體連接，而主軸與轉(zhuǎn)子中心體之間多采用銷釘或鍵來傳遞扭矩。若采用銷釘結(jié)構(gòu)，主軸（如圖5、圖6）與轉(zhuǎn)子支架中心體連成一體，在軸線調(diào)整合格后同鉆、鉸孔。若采用鍵結(jié)構(gòu)，通過研配鍵和鍵槽達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

發(fā)電機(jī)軸加工后和水輪機(jī)軸組合為一體，在臥車上檢查擺度合格后，同鉸水輪機(jī)端聯(lián)軸螺栓孔（若水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)主軸為異地加工，則利用鏜模進(jìn)行螺栓孔的加工）。

2.3 典型分段式轉(zhuǎn)軸統(tǒng)計(jì)

根據(jù)對典型水輪發(fā)電機(jī)分段式轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，我們可以總結(jié)出分段軸由于本身重量較大，給起吊、調(diào)換方向、軸端法蘭孔位置度找正及孔的同鉆鉸帶來一定的難度，為此，在制定合理的加工工藝方法中應(yīng)盡量綜合考慮加工過程中出現(xiàn)的各種因素，為后期機(jī)組總裝打下良好的質(zhì)量基礎(chǔ)，見表2。

圖5 小灣機(jī)組主軸

圖6 思林機(jī)組主軸

表2

3 結(jié)論

實(shí)踐證明，立式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的制造工藝過程已基本成熟，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但隨著單機(jī)容量的增大，一臺轉(zhuǎn)軸生產(chǎn)工期也相應(yīng)增加，如何縮短加工周期，提高加工精度，制造精品尚待研究解決。我們應(yīng)該抓住有利的契機(jī)，通過科研攻關(guān)改進(jìn)加工工藝，努力打造精美產(chǎn)品。

[1]白延年. 水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1990.

[2]余維坤, 湯正義. 水輪發(fā)電機(jī)檢修技術(shù)問答[M].中國電力出版社, 2005.