懸式水輪發電機組軸線調整研究

趙海軍 ，王新洪

（1. 水力發電設備國家重點實驗室，哈爾濱 150040；2. 東北林業大學機電工程學院，哈爾濱 150040）

0 前言

懸式機組即發電機的推力軸承位于轉子上面的上機架內或上機架上，它把整個轉動部分懸掛起來，軸向推力通過定子機座傳向基礎。該結構適用于轉速較高機組（一般在150r/min以上）。目前，隨著涉外機組項目的增多，懸式機組占的比重越來越大，懸式機組軸系較長，盤車測量難度大，致使機組運行時擺度大，對機組安全運行很不利。

水輪發電機組的軸線是由頂軸（或勵磁機軸）、發電機軸和水輪機軸等構成機組軸系的旋轉幾何中心線。

假設在機組回轉時，鏡板摩擦面與發電機軸線絕對垂直，且構成軸系的各部分沒有傾斜或曲折，那么機組旋轉軸線將重合于理論回轉中心線。但實際的情況是，機組旋轉時，二者不會絕對垂直，在機組旋轉時，軸線要偏離理論中心線，在軸線上會產生一定的擺度圓，其直徑就是通常所說的擺度。因而產生擺度的原因是鏡板摩擦面與軸線不垂直或軸線本身曲折。

1 軸線測量調整

軸線測量是通過盤車用百分表測出推力頭、上下導軸承、聯軸法蘭及水導軸承的擺度值，通過測量的數據對軸線產生的原因、大小和方位進行分析。處理方法通常采取刮研推力頭與鏡板之間的絕緣墊板或加入銅皮，糾正鏡板摩擦面與軸線、法蘭組合面與軸線的不垂直，將擺度降低到國標GB8564/2003要求的范圍內。懸式機組一般采用電動盤車工具裝于推力頭上方進行盤車。

1.1 盤車方式

按照動力來源，盤車可以分為人力盤車、機械盤車和電氣盤車三種。

人工盤車是用人工推動轉動部分，每次轉動45o，測量及記錄一次。適用于小容量懸式機組。

機械盤車是在推力頭上安裝盤車工具，以廠房上的橋式吊車為動力，通過滑輪和鋼絲繩拖動機組的轉動部分，每轉45°記錄一次，適用于中、小型機組。

電氣盤車是在定子及轉子線圈內通以直流電，使其產生電磁力，在電磁力的作用下使轉子旋轉。適用于大中型機組盤車前準備。

1.2 盤車準備工作

（1）在推力頭、導軸承、法蘭及水導軸承處，按逆時針方向分成八等份作好標記，各部分的對應等分點需在同一垂直平面，并在各測量部分的X與Y方向各放置一塊百分表。機組應位于中心，鏡板應處于水平狀態，并使各推力瓦受力均勻。

（2）安裝推力頭附近的上導軸承瓦，以便控制主軸徑向位移，瓦與軸的間隙調整為不大于0.03～0.05mm。

（3）裝設百分表。發電機軸線盤車時，在推力頭、上下導軸承、聯軸法蘭及水導軸承各層處架設百分表，每一層相同的高度上沿 X、Y軸各設一只百分表，作為測量擺度及相互校核用。

（4）以剛性盤車為準，在鏡板摩擦面外側放置百分表，測出上下波動值，其值不大于0.2mm。

（5）檢查機組固定部分與轉動部分的間隙，間隙內應無雜物。

（6）在法蘭或水導軸承處推動主軸，百分表指針擺動正常，說明主軸處于自由狀態。

1.3 盤車測量

在各百分表處需有人員進行測量數據的記錄，當發出“開始”命令時，利用盤車工具按機組旋轉方向緩慢轉動，當發出“停止”命令時，準確地停在各等分的測點上。為消除外力對轉動部分的影響，需再次用手推動機組轉軸，驗證其是否處于自由狀態，驗證合格后，記錄各百分表的讀數。按照此方式逐點測量一圈八點的讀數，最后檢查第八點的百分表的讀數是否可以歸“0”值，若不歸“0”值，應不得超過0.05mm。

盤車測量時,一般測量記錄兩圈的讀數。擺度計算時以第二圈所測數值為準。因為機組主軸轉動第二圈時，推力瓦與鏡面間的油膜比較均勻，擺度測量值較為準確。

1.4 盤車數據優化處理方案

按照以往方式，根據盤車數據需要繪制擺度曲線圖，然后確定擺度曲線的波峰、波谷位置。根據波峰、波谷來確定擺度的大小及方位。

此種方法，費事費力，并且數據太少，數據本身含有一定的隨機誤差，因此計算的準確性及可靠性較低。

理論上擺度特性為正弦曲線，但由于測量表面的質量（粗糙度等）影響和測量誤差等，不可能完全是一條標準的正弦曲線。根據擺度離散數據的特點，結合均方誤差理論擬合擺度曲線，消除各種誤差對計算結果的影響。擺度特性幾何關系如圖1所示。

圖1 擺度特性幾何關系

其特征方程式：

設測得數據點為(θi，Ri),i=1, 2, … , n ，現根據最小二乘原理，求出使式（2）取最小值時，參數e、θ0、R0的值。

根據多元函數求極值，對上述方程偏導：

對以上方程組直接求導數較困難，先進行變量代換，原方程可變換為：

令P=ecosθ0，Q= e sinθ0， 同 時P2+Q2= e2cos2θ0+ e2sin2θ0=e2，則e=式（2）、（3）可變換為：

將式（5）代入式（6）中，得：

對上述方程求解，可得出正弦擬合曲線方程式。

擺度最大值為：2A=，θ為最大擺度對應的方位角。

1.5 盤車數據的整理、分析

通過上述對盤車數據擬合成正弦曲線，并進行嚴密的推導，可確定出機組軸線的最大擺度值及其方位。

我們用上面改進的方法對回龍電站2號機組盤車數據進行了優化處理，回龍電站采用懸式機組，機組轉速750r/min，油浸分塊瓦式導軸承?？ōh直徑(與軸壓合)348mm，水導至上導距離L=8.615m，剛性定點盤車，抱上導瓦4塊，瓦與軸單側間隙為0.03mm?；佚堧娬?號機組盤車數據，如表1所示。

根據上述盤車數據，繪制水導凈擺度曲線（X方向）如圖2所示。

表1 回龍電廠2號機組首次盤車數據表（X方向） 單位：0.01mm

通過比較實際數值偏離理論值的程度和誤差，對盤車過程中所測得的數據分析更為明了直觀，如果按照傳統的分析方法，很難求出他們之間存在的誤差量，更重要的是，用最小二乘法為下一步軸線處理指明了更為準確、精確的方向。

1.6 軸線處理

根據回龍機組特點以及縮短檢修工期的目的，采用處理修刮推力卡環與主軸壓合面的方法處理機組軸線。

根據上述盤車計算最大擺度及方位，下導與水導及法蘭最大擺度區基本一致，故采取整體處理。

由于以上采用整體處理的方法，因此應根據通過水導處的最大傾斜方位來判定修磨絕緣的方位。由前面的判定可以知道，水導處的最大傾斜方位是盤車點的101.54°，最大磨削量：

δ—卡環平面修磨量；

D—卡環上平面與發電機軸壓合部分的軸頸尺寸；

Φca—測點水導軸承處的全擺度；

L—上導測點至水導測點的距離；

δ=（0.348×0.4534）/（2×8.615）=0.009mm。

圖 2

處理方法：將卡環吊至平臺，拼成整圓，按軸號找出修刮量最大方位，即為盤車點的101.54°。將卡環劃分成5個磨削區，并進行分區編號，如圖3所示。

修刮工具可用新油石來進行修刮。修刮深度的控制也可憑經驗按磨削次數來掌握，按如圖3所示的尺寸修磨絕緣墊，并用百分表測量。

圖 3

1.7 盤車結果

經采取上述措施處理后，再次盤車，盤車滿足了機組檢修規范DL/T 817-2002的要求，盤車結果如表2。

繪制水導凈擺度曲線（X方向）如圖4所示。

表2 回龍電廠2號機組最終盤車數據表（X方向） 單位：0.01mm

3 小結

機組軸線的調整是機組安裝過程中一個極為重要的環節, 而且貫穿始終, 其質量的優劣直接影響到機組的安全穩定運行。通過上述運用最小二乘法優化處理懸式三導機組軸線盤車數據，可以精確地找到擺度最大方位及最大值，為后續機組軸線偏斜調整指明了正確方向，克服了傳統盤車數據處理方法的不足。通過回龍電站的實例，詳細論證了軸線偏斜時的最佳調整方向和調整量的計算，經修刮推力卡環與主軸壓合面的方法處理機組軸線，工藝簡單、操作方便，節約檢修工期，通過上述方案處理后，機組運行各項數據指標均達到了國標GB/T8564-2003的要求。通過實踐證明其建立的數學模型正確，表明了該方法的可行性和先進性，具有較大的推廣應用價值。

[1]劉云. 水輪發電機故障處理與檢修(第一版)[M].北京: 中國水利水電出版社, 2002.

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