多段結(jié)構(gòu)水輪發(fā)電機(jī)組軸系調(diào)整研究及應(yīng)用

王貴清，劉鵬讓

（中國水利水電第七工程局有限公司機(jī)電安裝分局，四川 彭山 620860）

0 概述

大渡河瀘定水電站共安裝4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)容量為230 MW，總裝機(jī)容量920 MW；水輪機(jī)型號(hào)為HLD485-LJ-666，吸出高度為-4.6 m，安裝高程為1 299.15 m，轉(zhuǎn)輪分為兩瓣，在安裝間進(jìn)行組焊、圓度加工、靜平衡試驗(yàn)等工序，所有工序滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行交貨。發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF230-60/14600，轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行磁軛疊片及60個(gè)磁極的掛裝。轉(zhuǎn)子外徑13 740 mm，高度2 170 mm；定、轉(zhuǎn)子氣隙30 mm；轉(zhuǎn)子裝配后總質(zhì)量606 t。

1 影響軸系線性因素分析

隨著水電站開發(fā)規(guī)模不斷增大，低水頭大容量、高水頭大容量的大型機(jī)組越來越多，大型機(jī)組單件產(chǎn)品體積和重量大，構(gòu)成整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組軸系的單元越來越多，轉(zhuǎn)動(dòng)部分的構(gòu)成單元增多，則影響機(jī)組軸系線性的因素隨之增加。

大型機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分由水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、大軸，發(fā)電機(jī)大軸、推力頭、轉(zhuǎn)子、上端軸構(gòu)成，不同容量的大型機(jī)組構(gòu)成整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的分解單元也不同。多段軸結(jié)構(gòu)的水輪發(fā)電機(jī)組，影響軸系線性好壞的部位有：水輪機(jī)與發(fā)電機(jī)大軸法蘭接合面，轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)大軸法蘭結(jié)合面，上端軸與轉(zhuǎn)子法蘭結(jié)合面。各結(jié)合面由于存在加工誤差，在各結(jié)合面部位會(huì)形成折點(diǎn)，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)軸系的同軸度產(chǎn)生影響；另外，現(xiàn)場(chǎng)組裝所采用的安裝工藝也會(huì)對(duì)軸系產(chǎn)生較大影響。

1.1 大軸法蘭對(duì)軸線的影響

大型水輪發(fā)電機(jī)組大軸部件尺寸大，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度大，加工產(chǎn)生的偏差相對(duì)較小，在裝卸、運(yùn)輸、安裝過程中，外部因數(shù)對(duì)其外形尺寸的影響較小，其構(gòu)成軸系的部分直線度可得到良好保證。而其轉(zhuǎn)動(dòng)部分軸線長(zhǎng)，各連接點(diǎn)對(duì)軸線的綜合影響大。

法蘭與大軸軸線垂直度偏差通常在0.02 mm以內(nèi)。機(jī)械加工過程中，單個(gè)工件檢測(cè)數(shù)據(jù)可滿足要求，但在安裝完成對(duì)軸線進(jìn)行調(diào)整時(shí)，該部位常會(huì)出現(xiàn)折點(diǎn)，這是由于累積偏差所致。水輪發(fā)電機(jī)大軸同軸度通過鏜模保證，使用鏜模加工過程中，檢測(cè)單件工件尺寸也能滿足圖紙要求。然而，在加工過程中，忽略了尺寸偏差的方向問題，當(dāng)兩個(gè)工件結(jié)合面尺寸偏差方向相反時(shí)，偏差對(duì)軸系線性影響不大；但當(dāng)兩個(gè)工件結(jié)合面尺寸偏差方向一致時(shí)，累積偏差加大了軸系線性的影響。

為此在大軸加工過程中，應(yīng)避免水輪機(jī)大軸與發(fā)電機(jī)大軸法蘭偏差方向一致。

1.2 推力頭對(duì)軸系影響

推力頭安裝方式有兩種：一種是現(xiàn)場(chǎng)熱套，一種是法蘭連接。法蘭把合的推力頭結(jié)構(gòu)又分推力頭與發(fā)電機(jī)大軸連接和推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭連接。不同結(jié)構(gòu)推力軸承對(duì)機(jī)組軸線影響范圍不同，不同安裝方式的推力頭對(duì)機(jī)組軸線影響也不同。

熱套結(jié)構(gòu)的推力頭主要用于中小型機(jī)組，將推力頭熱套在發(fā)電機(jī)大軸上，位于轉(zhuǎn)子上部或下部，對(duì)軸系同心度和直線度的影響較大；大型機(jī)組采用法蘭連接方式，推力頭的上下平行度對(duì)軸系影響較大，如該部位出現(xiàn)折點(diǎn)會(huì)使其上下同軸度偏差增大。

1.3 發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)軸系線性影響

大型機(jī)組水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場(chǎng)完成組裝、焊接、疊片、掛磁極等工序，在所有的工序中，部分工序?qū)D(zhuǎn)子上下法蘭面的平行度和同心度影響較大。其中，包括轉(zhuǎn)子輪輻焊接、磁軛熱打鍵。 大型機(jī)組轉(zhuǎn)子中心體為焊接體，在進(jìn)行機(jī)械加工之前，將整個(gè)構(gòu)建焊接成整體，現(xiàn)場(chǎng)組裝調(diào)整完成后，與輪輻焊接在一起。焊接過程中，加溫會(huì)使轉(zhuǎn)子中心體加工應(yīng)力和焊接應(yīng)力得到釋放；同時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)焊接過程中也產(chǎn)生新的焊接應(yīng)力，所有的應(yīng)力變化都可使轉(zhuǎn)子上下法蘭的平行度和同心度產(chǎn)生變化。

現(xiàn)場(chǎng)焊接轉(zhuǎn)子時(shí)，要對(duì)焊接部件進(jìn)行加溫，并對(duì)焊縫錘擊消應(yīng)，防止焊接完成后應(yīng)力集中，在焊接完成后保持一定溫度，使焊接件應(yīng)力釋放。

2 軸系檢查

軸系檢查依靠盤車方式進(jìn)行，通過外力使水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分旋轉(zhuǎn)，在構(gòu)成軸系的主要連接部位和軸系約束部位架設(shè)百分表，監(jiān)測(cè)旋轉(zhuǎn)軸系各點(diǎn)擺度，通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析判斷軸系是否滿足要求。對(duì)不滿足要求的軸系，分析原因、找出影響軸系線性的因素，通過調(diào)整手段予以解決。

2.1 軸系主要參數(shù)

瀘定水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪最大直徑6 530 mm，發(fā)電機(jī)大軸長(zhǎng)5 935 mm、直徑2 450 mm，轉(zhuǎn)子高度1 955 mm，上端軸長(zhǎng)3 676 mm、直徑2 450 mm，鏡板直徑3 800 mm、厚200 mm，鏡板安裝高程1 310.245 m，下導(dǎo)軸承中心高程1 307.820 m，上導(dǎo)軸承中心高程1 314.850 m，水機(jī)法蘭面高程1 305.150 m，水導(dǎo)軸承中心高程1 302.36 m。

2.2 盤車準(zhǔn)備

瀘定水電站機(jī)組，盤車采用電動(dòng)機(jī)械盤車裝置作為動(dòng)力推動(dòng)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)力來自上端軸，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分為多段軸結(jié)構(gòu)，由水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、大軸，發(fā)電機(jī)大軸、轉(zhuǎn)子，推力頭，鏡板，上端軸組成轉(zhuǎn)動(dòng)軸系。在盤車時(shí)，采用限制下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承的方法定位。限制水導(dǎo)可有效防止在初次盤車中，由于該部位擺度過大而使轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)產(chǎn)生碰撞。

（1）機(jī)組盤車前相關(guān)準(zhǔn)備如下：①機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分位于中心位置。檢查轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)間隙，最大偏差不大于平均偏差20%。②檢查發(fā)電機(jī)空氣間隙，最大偏差不大于平均間隙8%。③安裝水導(dǎo)軸承。水導(dǎo)軸承共12塊瓦，盤車時(shí)在圓周方向?qū)ΨQ放置6塊瓦，間隙調(diào)整為0.02 mm。④安裝發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承。下導(dǎo)軸承共12塊瓦，盤車時(shí)在圓周方向?qū)ΨQ放置6塊瓦，間隙調(diào)整為0.02 mm。⑤頂起轉(zhuǎn)子，在推力軸承鏡板面、瓦面均勻涂抹純凈豬油。⑥上機(jī)架中心調(diào)整完成，預(yù)埋基礎(chǔ)安裝就位?；A(chǔ)部位采用螺旋千斤頂支撐限位，防止盤車過程中上機(jī)架位移。⑦電動(dòng)機(jī)械盤車安裝就位，電源接通，方向及動(dòng)作調(diào)試完成。⑧在水導(dǎo)軸承中心、水輪機(jī)大軸法蘭、發(fā)電機(jī)大軸法蘭、下導(dǎo)軸承中心、上導(dǎo)軸承中心處，＋X、＋Y位置徑向方向各架設(shè)1個(gè)百分表，在鏡板＋X、＋Y位置軸向各架設(shè)1個(gè)百分表；各表量程壓縮5 mm、大針對(duì)零。⑨各測(cè)點(diǎn)在同一方位作為起點(diǎn)，沿圓周方向?qū)⑤S領(lǐng)等分為8等分，反時(shí)針方向編號(hào)，各部位上下編號(hào)一致。

（2）盤車操作。檢查空氣間隙、水輪機(jī)止漏環(huán)間隙，間隙中無異物。各部位測(cè)量讀表人員到位后開始盤車，盤車時(shí)旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針，第一圈為不間斷旋轉(zhuǎn)，檢查各部位是否存在卡阻等現(xiàn)象。在各部位百分表歸零后開始正式盤車，盤車中在每個(gè)等分點(diǎn)處停留片刻，讀取百分表讀數(shù)，做好記錄。根據(jù)規(guī)范要求，發(fā)電機(jī)上、下導(dǎo)軸承及法蘭處相對(duì)擺度不超過0.03 mm/m，水導(dǎo)軸承處相對(duì)擺度不超過0.05 mm/m。

2.3 整理盤車記錄及分析

首次盤車記錄顯示：下導(dǎo)、水導(dǎo)、水輪機(jī)法蘭同心度較好；水輪機(jī)法蘭與發(fā)電機(jī)法蘭連接處存在偏心現(xiàn)象，但偏心值不大，對(duì)于低水頭，低轉(zhuǎn)速機(jī)組可以不做進(jìn)一步處理；發(fā)電機(jī)上端軸存在偏心現(xiàn)象，偏心值為0.85 mm。數(shù)據(jù)分析表明，該偏心點(diǎn)的最大值位于7號(hào)點(diǎn)與8號(hào)點(diǎn)之間，角度為7號(hào)加30°位置。在處理偏心時(shí)，從該點(diǎn)往相對(duì)方向平移上端軸0.85 mm，在平移過程中全程監(jiān)視法蘭面位置，確保位移量精確。

平移上端軸后，經(jīng)過2次微調(diào)，機(jī)組盤車數(shù)據(jù)見表1、2。

表1 盤車擺度測(cè)量記錄0.01 mm

表2 盤車全擺度和凈擺度值 （X向）0.01 mm

3 結(jié)論

多段軸結(jié)構(gòu)的水輪發(fā)電機(jī)組軸系是由多個(gè)部件的加工精度及安裝精度來保證，在軸系檢查過程中，影響軸系線性的因數(shù)存在偶然性，同一電站不同編號(hào)機(jī)組遇到軸線不好的因數(shù)不固定，在安裝過程中，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，找出軸線不正原因，找準(zhǔn)部位、有針對(duì)性處理出現(xiàn)的問題。