水輪發電機組鏡板水平與軸線擺度同步調整方法的探討

李偉，張坤祥，趙兵

（四川天全腳基坪水力發電有限公司，四川雅安625000）

水輪發電機組鏡板水平與軸線擺度同步調整方法的探討

李偉，張坤祥，趙兵

（四川天全腳基坪水力發電有限公司，四川雅安625000）

主要介紹在中小型混流式水輪發電機組檢修過程中，鏡板水平測量調整與機組軸線擺度處理（盤車）同時進行，減少檢修中的工作步驟，同時更準確對軸線狀況作出分析的應用。

機組檢修；盤車；鏡板水平；擺度；測量；調整

4 701 h。樞紐由首部樞紐、引水系統及廠區樞紐組成。電站于2012年3月首臺機組投產發電。該電站水輪機型號為HLA384-LJ-190，發電機型號為

SF24-16/4350。

1 鏡板水平與機組軸承擺度測量（盤車）調整的步驟

通常情況，鏡板水平度測量一般測量鏡板的背面，水平偏差應在0.02 mm/m以內。盤車檢查機組軸線各處的擺度并進行處理，應滿足GB8564中相關規定的要求。調整步驟見圖1。

以腳基坪電站機組運行工況和檢修為例，進入主汛期后，1號、3號發電機組運行振動加大，特別是1號機組在長時間運行過程中，機組振動加大明顯，嚴重影響著機組的安全運行。根據機組運行工況的分析，電站安排在年度檢修中對1號、3號發電機組軸線進行檢測。檢修項目為圖1虛線框中內容。

在3號機組檢修過程中發現鏡板各方位水平測值達到0.20～0.30 mm/m，是合格標準的10倍。經過分析判定數據誤差大，不能用于后續處理工作。后采用“鏡板水平旋轉測量法”測得鏡板水平偏差為0.045 mm/m，只比合格標準大1倍。

但按照正常鏡板水平調整步驟與方法進行處理，需要轉移機組轉動部分的重量，步驟多、工作量大、施工面廣、時間長，同時還需對機組軸線進行單獨處理，遠遠超出原定計劃。并且水平偏差為0.045mm/m，離合格標準很接近，需要一種能滿足進行微量數據調整的方法。

圖1 機組鏡板水平與擺度調整步驟

根據具體情況，現場提出采用鏡板水平與軸線擺度同步測量、同步調整的方法，在提高檢修質量的同時，還能減少工序步驟，能更準確的對軸線狀況做出判定,提高檢修的綜合效益。調整步驟見圖2。

圖2 水平與擺度同時測量調整步驟

本文就鏡板水平與軸線擺度同步測量、調整的方法，和針對腳基坪機組推力支柱螺栓的結構改進鏡板水平調整技巧，以滿足微量數據調整的要求，做如下探討。

2 水平旋轉測量法相比靜態測量法的優點

在《水輪發電機組推力軸承、導軸承安裝調整工藝導則》SD288—88中，未對旋轉測量法和靜態測量法有具體要求，并且旋轉測量法還只屬于補充內容，但對腳基坪電站機組來講，旋轉測量法就顯得極為重要。

（1）原因分析

在安裝檢修過程中，靜態測量雖然對鏡板水平在轉動部件重量轉移前后作出測量，但其測量部位為鏡板的背面。當轉動部分重量全部轉移到推力軸承上后，由于承重機架的不均勻下沉以及各個受力部件的受力形變，都會使得鏡板的水平發生變化，此時測量鏡板背面的水平并不能真實的反應出鏡板工作面的水平狀況。

上述情況在腳基坪電站機組上表現得尤為突出，導致鏡板在承受轉動部件重量后無法準確測量出水平數據。因此，采用鏡板水平旋轉測量與機組軸線調正相結合的方法在腳基坪電站機組檢修中就顯得尤為重要。

（2）鏡板水平的旋轉測量法

鏡板水平的旋轉測量法采用水平儀結合機組盤車測量鏡板的工作面（即推力瓦面）的水平，比靜態測量法測量鏡板背面能更準確地反映鏡板的運行水平狀態。其方法如下：

①把水平儀沿徑向或切向放置在推力頭或盤車架上＋X方位的地方，用墊塞尺或銅皮將其找平；

②水平儀隨機組盤車而轉動，每轉過45゜，即八等分盤車時每一停留點，在撤去外力后，與讀取擺度同時，記取水平儀的讀數n（格）；

③計算4個方向的水平偏差，每個方向用水平儀處在與該方向平行的兩個位置（相隔180゜）的讀數來計算：

式中：S——某方向的水平偏差，mm/m；

n、n180°——水平儀在某位置和與它相隔180°的位置的讀數，格；

△——水平儀的精度，mm/m。

以3號發電機組鏡板水平旋轉測量數據為例進行計算（見圖3）。

圖3 鏡板水平旋轉測量數據

3 鏡板水平調整方法的改進

通過采用鏡板水平的旋轉測量法，較準確的測量出了鏡板的水平狀態。通常調整方法為：根據水平偏差值等于推力瓦支柱螺栓的升高值，得出支柱螺栓調整量＝升高值/螺距×360°。這種方法雖然可行，但在現場需要測量支柱螺栓的旋轉角度。腳基坪機組推力支柱螺栓的螺距為4 mm，通過計算得到每調整水平0.01 mm/m，螺栓轉動的角度為1°，在機組檢修過程中實際操作相當困難，特別是在需要進行微量調整的情況下。

在腳基坪水電站本次檢修過程中，采用監測機組軸線擺度數值變化調整鏡板水平的方法，調整鏡板水平。現以3號發電機組為例，對此方法的實施過程與大家進行探討。

4 應用——數據分析處理

（1）盤車相關數據見表1和上頁圖3：

表13 號機組軸線盤車數據單位：μm

（2）數據分析

對盤車數據進行分析，機組下導軸承最大擺度點在6點偏5點方位上，水導軸承最大擺度點在5點偏6點位置上。最大擺度值均超過GB8564的規定，需要進行處理。一般情況下，根據下導與水導最大擺度方位基本一致，即可得出相應的處理方法：在5點與6點方位方向，對推力頭與鏡板之間的絕緣墊進行刮削處理。但這種對數據進行單一分析的方法存在一定的弊端。

當將機組的鏡板旋轉水平數據結合盤車數據進行分析后，可以知道3號機組運行振動變大是由于機組軸線擺度與鏡板水平度均不合格引起的，而機組軸線擺度過大是由鏡板水平度過大引起，與推力頭和鏡板之間的絕緣墊沒有關系。如果按照通常單一盤車數據分析處理的方法與步驟對絕緣墊進行刮削處理，雖然可以解決機組軸線擺度過大的問題，但沒有徹底解決問題所在。

對機組的鏡板水平進行分析，鏡板水平偏差最大方位在6點偏7點方位，比合格標準大1倍以上。綜合上面分析結果，只需調整鏡板水平即可將機組軸線調整合格，不需要進行刮墊。

（3）計算

絕緣墊刮削量δ與傾斜值j的關系公式：

式中：δ——絕緣墊或推力頭底面最大刮削量（或加銅皮墊厚度）；

Φ——導軸承處最大凈擺渡，mm；

D——推力頭底面直徑，mm；

L——兩測點的距離，mm。

計算示意圖見圖4。

圖4 計算示意圖

腳基坪機組：

推力頭直徑：D=1 200 mm；

推力頭底面與下導軸承的距離：L下＝3 801 mm；

推力頭底面與水導軸承的距離：L水=6908.5mm；

下導最大凈擺度：0.20mm，最大傾斜值0.10mm；

水導最大凈擺度：0.36mm，最大傾斜值0.18mm；

通常情況下，我們需要根據上述公式計算絕緣墊的刮削量，對機組軸線進行處理，根據公式分別計算下導、水導軸承的δ均約為0.03 mm。

但在這里還將反過來計算每刮削0.01 mm對應于機組傾斜值，計算得到下導、水導分別約為0.03mm、0.06 mm。同樣，該計算結果代表調整鏡板水平每0.01 mm/m所對應的機組傾斜值。

（4）操作步驟

首先，根據水導軸承的最大擺度點在5點偏6點方位上，下導軸承的最大擺度點在6點偏5點方位上。分別在水導軸承6點方位與下導軸承6點方位處架設百分表，派專人監視讀數；

然后，使用捶擊推力瓦支柱螺栓的辦法，捶擊在最大擺度點對側2點方位相應推力瓦的支柱螺栓，使機組下導與水導處的百分表讀數發生變化。在捶擊過程中應掌握好單次捶擊的力度，每次水導處百分表讀數的變化應控制在0.005 mm左右。總的捶擊量為百分表總的讀數不超過機組的最大傾斜值。

捶擊結束后，按照《水輪發電機組推力軸承、導軸承安裝調整工藝導則》對推力軸承的受力進行整體調整，調整結束后進行機組盤車，同時測量鏡板的水平偏差。如不合格，再次按照上述計算與處理步驟進行重復工作，直到滿足工程規范的要求。

以腳基坪電站3號機組處理為例，捶擊結束后水導處百分表的讀數為-0.10 mm（因為是首次使用該方法調整，沒有一次調整到最大傾斜值），然后進行盤車與水平的測量，得到盤車與水平數據（見表2、圖5）。

表2 腳基坪電站3號機盤車單位：μm

通過調整，水導軸承最大凈擺度由0.36 μm下降到0.13 μm，下導軸承由0.20 mm下降到0.08 mm，鏡板水平偏差由0.045 mm/m下降到0.02 mm/m。所有數據已經滿足GB8564的相關要求，處理效果較為明顯。

5 結語

鏡板水平旋轉測量結合機組軸線調正的方法在腳基坪電站機組檢修中得到了很好的應用：

（1）對水平數據與擺度數據同時進行分析，比只分析盤車數據更能準確的判定機組的軸線狀況；

圖5 水平測量數據

（2）相比測量鏡板背面能更準確的反映鏡板的運行水平狀態，實際運行工況，提高了機組的安裝檢修質量；

（3）相比傳統水平調整方法，提高了檢修的綜合效益；

（4）但方法最大的不足之處是，對機組最大擺度的方向有一定的要求，局限了應用范圍。

總結本次檢修過程，發電機組的安裝檢修技術應該根據現場實際情況，在保證機組的安裝檢修質量前提下，合理選用一種或多種方法相結合進行，從而得到更好的效果。

[1]SD288-88水輪發電機組推力軸承、導軸承安裝調整工藝導則[S].

[2]GB8564-2003水輪發電機組安裝技術規范[S].

[3]于蘭階.水輪發電機組的安裝與檢修[M].北京：中國水利水電出版社.

TM312

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1672-5387（2017）02-0015-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.02.005腳基坪水電站位于雅安市天全河干流，電站采用低閘引水式開發，工程開發任務主要為發電，兼顧下游生態環境用水要求，裝機容量72 MW，多年平均年發電量3.384億kW·h，年發電利用小時數

2015-07-24

李偉（1979-）男，工程師，長期從事水電站建設管理和技術工作。