臥式水輪發電機組的軸線調整

熊永祥 張磊華

（長沙縣水務局 長沙市 410100）

隨著經濟發展，人民生活水平的提高，能源的瓶頸凸顯。水力發電因啟動迅速，負荷調整方便且屬于清潔和可再生能源而得到較快發展。水電機組按其大軸布置形式又分立式和臥式。本文主要介紹臥式三支點混流式水輪發電機組在安裝及A級檢修過程中的軸線調整。

1 軸線調整目的

水輪發電機組的軸線調整，對于臥式機組是調整水輪機大軸與發電機大軸的同心度、傾斜度，使水輪發大軸同軸度、大軸聯結法蘭面傾斜度、大軸各部擺度和推力頭（含正、反方向）各部端面振動量符合水輪發電機組安裝技術規范及制造廠技術要求，從而保證各軸承的間隙、瓦溫、油溫在規定范圍內。

2 軸線調整過程

2.1 軸線調整前的準備

水輪機部分應將轉輪吊入轉輪室與水輪機大軸聯接，將轉輪及其大軸向-X方向移動10 mm，以便后面的盤車和安裝。調整轉輪與轉輪室間隙、水輪機大軸與主軸密封法蘭間隙均勻，并調整大軸水平在0.02 mm/m內。此時將轉輪與大軸固定，安裝水導軸承（之前已經與大軸軸頸配合研刮好），使其與大軸接觸良好。再次復測上述2個間隙和1個水平，若不符合設計要求應重新調整，直到符合設計要求為止。這時水輪機大軸法蘭就是后面機組盤車的基準,在盤車期間不能再發生轉動。發電機部分應先將2個徑向軸瓦與發電機大軸配合研刮整平挑出接觸點，與軸承座一起裝到發電機基礎板上，用水準儀和鋼板塞尺（即千分尺，下同）調整發電機基礎板到設計高程。用鋼板塞尺和游標卡尺測量水輪機大軸與發電機大軸聯結法蘭之間的間隙和法蘭上下左右錯口情況，通過調整發電機基礎板和兩個徑向軸承座的空間位置，使得2個大軸法蘭之間間隙均勻，無錯口。在發電機大軸軸頸處測量水平應在0.02mm/m內。

2.2 軸線調整

臥式水輪發電機組軸線偏差既有中心偏差又有傾斜偏差，在軸線調整過程中應該兩者兼顧，同時調整。

2.2.1 軸線傾斜偏差調整

發電機組軸線傾斜偏差調整可用傳統百分表測量調整，即旋轉發電機大軸測量出傾斜偏差，經計算各軸承座傾斜值之后，根據軸的長度再調整。由于這種方法在軸線調整中不容易操作，在實際調整過程中，一般使用方形水平儀和游標卡尺分別測量出大軸垂直方向傾斜量和大軸水平方向傾斜量，通過千斤頂、楔子板調整使發電機組大軸傾斜偏差符合設計要求。這種方法的特點是比較直觀，操作簡單，好學、易懂，工作人員容易掌握。

2.2.2 軸線中心偏差調整

由于發電機組軸線傾斜偏差采用簡單工具游標卡尺、方形水平儀已經調整合格，所以軸線中心偏差可用一個百分表測量即可。

（1）數據采集。

發電機轉子用行車或者其它動力依照水輪機旋轉方向轉動5～7周（轉動前給2個徑向軸瓦與大軸軸頸之間加上水輪機透平油潤滑，防止轉動時大軸與軸瓦發生干摩擦損壞瓦），檢查發電機大軸與徑向軸瓦之間接觸良好，無蹩勁。按照圖1所示方法把百分表磁性座吸附在發電機大軸法蘭盤正上方，經過固定的百分表（記作A）測桿安裝在水輪機法蘭上。為了與A表測量數值作比較，按照同樣的方法在與其相差90°的方向再安裝一個百分表（記作B）。在水輪機大軸法蘭 0°、90°、180°和 270°4 個等分測點做好標記，如圖2。平穩轉動發電機大軸一周分別在90°、180°、270°和 360°4 個位置讀取數據，測量結果記錄見表1。

圖1 百分表布置圖

表1 測量結構記錄表

（2）數據分析。

為了檢驗測量數據的真實性，將所測得的數據代入下列公式，應該滿足實驗數據處理的要求。

圖2 水輪機大軸法蘭四等分圖

由于實際測量中可能存在人為誤差，如果上面等式不成立，可將測量數據代入下面的不等式中，若滿足，即認為測量數據真實可用。

用此方法測量的A、B兩組數據,可任取一組數據進行后面的計算。將測量數據代入下式，計算發電機大軸法蘭處中心偏差量。

垂直方向偏差：Y=（A2-A4）/2；

水平方向偏差：X=（A1-A3）/2；

若計算值Y為正，則需將軸承座或者發電機基礎板降低；若為負，則需將軸承座或者發電機基礎板抬高。若計算值X為正，則需將軸承座或者發電機基礎板左移（面向水輪機端，下同），若為負，則需將軸承座或者發電機基礎板右移。

軸承座或基礎板的調整軸承座或基礎板的空間位置可以用千斤頂、廠內橋式起重機、楔子板、紫銅皮等進行調整。調整時，先移動偏差較大的方向,復測完4點擺度后再調整另一個方向。軸承座左、右移動比較困難時，可以通過移動發電機基礎板來達到調整的目的。調整過程中要用百分表監測軸承座和法蘭處移動量，使測點的移動量不超過其計算偏差量。中心偏差調整過程中應該監測大軸的傾斜偏差變化。若傾斜偏差量超過規范允許值要重新調整。由于發電機徑向軸瓦研刮時沒有放在軸承座中受大軸壓力定型，所以機組盤車過程中要取出軸瓦檢查瓦面受力情況，對局部接觸不良的瓦面要重新研刮處理，使得整塊瓦受力均勻，避免運行中瓦溫局部過高的燒瓦事故。

3 應用實例

湖南省慈利縣范家洲水電站安裝了1臺4 000 kW臥式混流式水輪發電機組，轉輪直徑938 mm，發電機有1個徑向軸承，1個推力徑向軸承，軸承座均布置在基礎板上。在2011年3月份的檢修完工后，水庫沒有水，未進行調試，待到來水后開機發現，機組帶負荷不滿，且存在瓦溫過高，振動、擺度較檢修前加大，如是機組停機，進行軸線調整工作。應用此方法,機組盤車過程如下。

3.1 軸線傾斜偏差調整

經過用方形水平儀和游標卡尺測量,大軸垂直方向傾斜度0.15 mm/m（方形水平儀氣泡偏向水輪機側），兩聯軸法蘭水平方向相差0.28 mm（面向水輪機方向，兩聯軸法蘭左側間隙大于右側間隙）。在方形水平儀和游標卡尺監測下,用千斤頂、楔子板調整,先把發電機基礎板靠近水輪機側降低，再將發電機基礎板遠離水輪機側向左平移。最后經過復測，大軸垂直方向傾斜度0.18 mm/m，兩聯軸法蘭水平方向相差0.016 mm，符合規范和設計要求。本臺機組由于水導軸承座采用球絞可動形式，對于大軸水平方向傾斜偏差要求較低。

3.2 軸線中心偏差調整

軸線傾斜偏差調整后，按照上述方法測量大軸中心偏差數據見表2。

表2 大軸中心偏差數據表

將數據代入公式進行真假檢驗：

經過檢驗，測量數據真實可用。

將測量數據代入公式計算聯軸法蘭處中心偏差值。

垂直方向偏差：Y=（A1-A3）/2=0.34

水平方向偏差：X=（A2-A4）/2=-0.25

由于計算值Y為正，需要將軸承座或者發電機基礎板降低；計算值X為負，需要將軸承座或者發電機基礎板右移。用千斤頂、廠內橋式起重機、楔子板、紫銅皮等調整軸線中心偏差量，將發電機基礎板整體降低0.34 mm，并向右側移動0.25 mm。經過2次上述調整，機組軸線偏差量符合規范和設計求。按照此方法進行軸線調整最終記錄如下：

大軸傾斜偏差量經過調整，垂直方向在大軸軸頸處測量小于0.02 mm，水平方向在大軸兩軸聯結法蘭之間測量小于0.01 mm，符合規范和設計要求。大軸中心偏差最終測量數據見表3。

表3 大軸中心偏差數據表

數據真假檢驗：

將測量數據代入公式計算聯軸法蘭處中心偏差值。

垂直方向偏差：Y=（A1-A3）/2=-0.01

水平方向偏差：X=（A2-A4）/2=0

臥式水輪發電機組安裝規范規定，聯軸法蘭處擺度小于0.10 mm為合格，小于0.05 mm為優良。所以，機組聯軸法蘭處擺度為優良。機組在軸線調整后的試運行和帶滿負荷運行中，機組運行平穩，推力軸承座處振動、擺度分別為0.015，0.01 mm。水導軸瓦、推力徑向軸瓦和轉子下游側徑向軸瓦溫度分別為23，32，28℃，監測值均符合規范要求。實踐證明，應用此方法對臥式機組軸線調整，能夠簡化計算，提高了工作效率。安裝人員容易掌握調整要領，便于推廣應用。

此外，長的臥軸還存在一定的饒度，在調整軸線時應做適當的修正。