撒多水電站#3機組軸線出現折線的原因分析及處理

萬 連 彬

(四川涼山水洛河電力開發有限公司，四川 涼山 615000)

撒多水電站#3機組軸線出現折線的原因分析及處理

萬 連 彬

(四川涼山水洛河電力開發有限公司，四川 涼山 615000)

根據撒多水電站#3水輪發電機組軸線折線數據，結合多年積累的安裝經驗，分步采取處理措施，調整了機組軸線，滿足了機電安裝規范要求。分析了立式水輪發電機組軸線出現折線的原因，采取了相應的處理措施。

撒多水電站；軸線；折線；處理

1 概 述

撒多水電站為四川涼山水洛河電力開發有限公司投資建設的水洛河流域梯級開發中的第十級電站，位于四川省涼山州木里縣寧朗鄉，經右岸引水至撒多溝口下游1 km建地下廠房，作為該公司流域滾動開發的第一批次項目發電。撒多水電站水輪發電機組由杭州力源發電設備有限公司制造，水輪機組型號為HLY151-LJ-260，發電機型號為SF-J70-20/5400，單機引用流量為51.47 m3/s，工作水頭為152 m，額定轉速為300 r/min，裝機容量為210 MW。該水電站的開發任務主要為發電。

2013年12月，撒多水電站在#3水輪發電機組設備安裝過程中、發電機單盤各項數據合格后進行了連接水輪機軸盤車，發現水輪機軸的水導擺度值、法蘭擺度值不在規定范圍之內，無法進行正常盤車和轉動部件旋轉。若不進行處理，將會導致以后機組運行產生水輪機軸的振動和轉動部件梳齒密封摩擦等嚴重后果。技術人員通過對盤車數據進行分析、計算與匯總，組織廠家、專家、安裝、監理代表共同分析了撒多水電站#3水輪發電機組水輪機軸折線產生的原因，制定了詳細的處理方案并予以實施，使水輪機水導處的擺度值在規范規定的范圍之內。

2 機組軸線擺度的調整規范及方法

根據撒多水電站懸吊式水輪發電機組安裝使用維護說明書和水輪發電機組安裝技術規范8564-2003的技術要求，對撒多水電站#3水輪機發電機組進行了機械盤車，其機組軸線應符合下列要求：

(1)一般采用盤車方法檢查并調整軸線。盤車前，機組轉動部分處于中心位置，大軸處于自由狀態并垂直。

(2)推力軸承剛性盤車，各瓦受力應初調均勻，鏡板水平符合(GB/T8564—2003 9.5.5 a) 要求。調整靠近推力頭的導軸瓦或臨時導軸瓦的單側間隙，一般為 0.02～ 0.03 mm。軸線調整完畢，機組各部擺度值應不超過表1中的要求。

表1 機組軸線的允許擺度值(雙振幅)表

注：水輪發電機組安裝技術規范8564-2003。

(3)分段軸結構的機組盤車時應檢查各段軸線的折彎情況，其偏差一般不宜大于0.04 mm/m。機組盤車前，應查閱軸線在廠內的加工記錄以及熱打鍵(或熱加墊)后轉子與上、下軸止口的間隙變化情況，以便在盤車時檢查軸線的變化。

(4)在轉子處于中心位置時，宜用空氣間隙監測裝置配合盤車方式核對定子圓度、轉子圓度分別符合GB/T8564—9.3.10 a和GB/T8564—9.4.13的 要求。

撒多水電站水輪發電機組測量軸線的方法：

根據撒多水電站水輪發電機組的裝機容量、設備制造單位提供的盤車工具，安裝單位通過電站橋式起重機懸掛鋼繩對機組采取機械盤車的方法使水輪發電機組轉動部件旋轉，規避了人為的盲目給力、強制約束、電磁干擾等其它方式影響轉動部件測量數據的不準確，節約了一定的人力投入，效率得以提高。技術人員根據立式機組軸線軸瓦工作面百分表記錄的擺度值，分析了軸線產生擺度的原因、大小和方位。通過刮削有關組合面或在有關組合面之間加墊的方法，使卡環表面與軸線以及法蘭組合面與軸線的不垂直度獲得糾正，使其擺度減小到允許的范圍內。機械盤車采取的一般步驟如下。

3 機組軸線的測量與處理

3.1 機組軸線的測量

發電機單盤合格后連水輪機大軸，對機組整體進行盤車軸線測量，分別在發電機上導、下導軸承及水輪機大軸法蘭、水導軸承位置架設百分表，利用橋式起重機對機組進行盤車，測量各部位的擺度值。連軸后第一次盤車數據見表2。

3.2 機組軸線的分析與處理

表2 連軸后第一次盤車數據表 /10-2 mm

根據對連軸后得到的盤車數據進行分析得知發電機上導、下導軸承處擺度值滿足規范要求，主軸法蘭與水導軸承擺度值超標且全擺度方向相反，與下導全擺度值最大點不在同一方位，若采取處理卡環的方式保證水導擺度，下導及法蘭將不合格，因此無法通過采取處理卡環的方式同步減小下導、法蘭、水導的擺度。根據數據分析得知：下導、法蘭與水導軸承將出現折線。為使軸承各部擺度值合格，只有對大軸法蘭進行刮削處理。

3.2.1 采取刮削法蘭面的方式取得的處理結果

(1)準備20 mm厚的鐵板若干，在制動器上加鐵板，利用機組制動器將轉子頂起400 mm，打磨下法蘭面。

(2)主軸法蘭直徑為1.29 m，法蘭至水導測點距離為3 m，法蘭的刮削量需根據盤車數據計算得到，其計算公式為：

(1)

式中δ1為法蘭最大刮削量，mm；φ1為水導處的全擺度值，mm；D1為卡環底面直徑，m；L為水導測點至法蘭的垂直距離，m。

將水輪機連軸法蘭面等分為9段，根據相應公式計算出法蘭各區域段的刮削量(圖1)。

法蘭刮削處理完成后連接發電機軸和水輪機軸，再次盤車取得的測量結果見表3。

3.2.2 機組刮削卡環后得到的處理結果

根據表3中的數據分析得知上導、下導、水導軸承處的全擺度已滿足規范要求，但主軸法蘭仍超標。為減小法蘭擺度，采取對發電機卡環進行刮削處理的方式，調整法蘭的擺渡值在規范值內，卡環刮削處理后得到的連軸盤車數據見表4。

由于#3主機主軸設備出現折線，在對卡環進行處理后主軸法蘭處的擺度仍超出規范要求，根據筆者對處理前后的數據進行分析得知，再對卡環進行處理將會影響下導和水導擺度，因此，不再對軸線進行調整。

表3 研磨刮削法蘭后得到的盤車數據表 /10-2 m

表4 刮削卡環后得到的盤車數據表 /10-2 m

3.3 通過機組動平衡試驗優化#3主機轉動部件的振動擺度

在機組啟動時，由于法蘭擺度數據超標，對下導擺度影響較大，通過轉子動平衡試驗，采用計算數據重新配重，對機組轉動軸線擺度進行合理調整，有效地減小了機組軸線軸承擺度值(表5)。

表5 #3機組配重前后各部位振動擺度數據表 /μm

注：上述空轉工況為100%額定轉速，空載工況為100%空載額定電壓。配重前后振擺數據均為通頻幅值，單位為μm。

4 機組軸線出現折線的原因分析

立式水輪發電機組轉動部分由水輪機轉輪、水輪機軸、發電機軸、推力頭、轉子、上段軸構成，不同容量、型式的機組構成整個轉動部分的分解部分不同。為滿足加工、運輸、安裝要求，水輪發電機軸采取分段加工制造的方式，在加工過程中影響軸線部位的主要因素有：水輪機軸與發電機軸的法蘭結合面、轉子與發電機大軸的法蘭結合面，設備在加工結合面過程中的加工誤差和安裝等造成軸線誤差疊加，通過軸線綜合轉移到各結合軸面形成較大的折點，進而對轉動軸線的同軸度產生影響；另外，現場組裝所采用的安裝工藝也會對軸線產生較大的影響。結合撒多水電站#3機組軸線線性折線調整，筆者分析產生軸線變化的因素有以下幾點。

4.1 發電機與水輪機軸連接法蘭對軸線的影響

發電機、水輪機主軸部件結構尺寸大，材質要求強度較高，隨著國內數控加工工藝的提高，單部件加工產生的偏差相對較小，在裝卸、運輸、安裝過程中，對外部因數應綜合考慮，在滿足軸的綜合性能的前提下，選擇合理的主軸尺寸、長度、材質，使其構成軸線的直線度可以得到良好的保證，合理減少因軸線過長對軸線直線度帶來的綜合影響、危害機組安全運行。

按照規范，應將主軸法蘭與發電機、水輪機軸線的垂直度偏差嚴格控制在0.02 mm內。主軸在加工過程中，單軸加工精度檢測數據完全滿足要求，但在安裝完成、對軸線進行校核時，在軸的關鍵控制點處常會出現折點，此乃累積疊加誤差所致。

為此，水輪發電機組主軸的同軸度在大軸加工過程中，應避免水輪機大軸與發電機大軸法蘭偏差方向一致。目前各大型設備制造廠均配有大型數控機床，針對多段軸結構應采取在連軸整體上機床測量、配裝等工作以減少主軸在安裝過程中累積的疊加誤差，同時對水輪機、發電機主軸法蘭加工進度提出較高的數控要求和出廠前對裝配法蘭組合面的精度進行檢測，造成設備在現場無法處理及處理困難較大，進而影響到設備的安裝進度。

4.2 上段軸和推力頭對軸線的影響

立式水輪發電機組推力頭安裝方式有兩種，分別是現場熱套和法蘭螺栓連接。法蘭螺栓緊固的推力頭結構又分推力頭與發電機大軸連接和推力頭與轉子下法蘭連接。不同結構、不同安裝方式的推力頭對機組軸線的影響不同，應具體分析。熱套結構的推力頭在中小型水輪發電機組中應用較廣泛，同時，現場安裝便于提供合理的安裝條件，推力頭與發電機大軸、轉子軸頸呈過渡配合，受熱套工藝或轉子軸頸與推力頭加工的配合偏差對軸線同心度和直線度的影響較大；大型機組采用法蘭連接方式，推力頭的上下平行度對軸線影響較大，如果該部位出現折點，會使其上下同軸度偏差增大。

4.3 發電機組轉子的安裝對軸線性影響較大

對于中型以上的水輪發電機組轉子，在現場完成組裝、疊片、磁極掛裝等工作，轉子的重量平衡對轉軸及整個機組轉動部分的法蘭面的平行度和同心度影響突出，如不加以嚴格控制，將會對整臺機組軸線帶來較大影響，嚴重時將危害機組的安全運行。所以，在現場組裝發電機組轉子時，應對轉子輪轂加工、焊接、轉子的磁片分類清洗、重量分配和圓度偏差、磁極掛裝過程磁軛熱打鍵嚴格控制。同時，在現場焊接過程中亦產生了新的焊接應力，應力變化可使轉子上下法蘭的平行度和同心度產生變化。

4.4 通過水輪發電機組動平衡試驗對機組軸線進行檢驗及轉動部件的調整

水輪發電機組的振動和擺度在機組旋轉過程中很多是由于轉子質量不平衡和磁拉力分布不均勻造成的，按照相關規范，水輪發電機組在安裝完成試運行前應完成機組的動平衡試驗，對轉子進行有限元動力特性計算,分析試重塊加在轉子不同端面時對平衡效果的影響,通過轉動部件在不同轉速、不同磁場、不同運行工況的特征對轉子動平衡采取適合的配重方案并對后期運行特性進行綜合分析，有效地改善了機組軸線、轉子重量、轉子磁場分布不均帶來的振動和擺度過大的問題并予以合理的彌補調整，恢復了機組轉動部件在最優工況下運行。

4.5 設備的運輸、保管對軸線的影響

大、中型水輪發電機組之水輪機軸、發電機軸設備在制造廠生產完畢均需要儲存和運輸到電站，在設備進行儲存過程中應做好設備受外界氣候變化對金屬結構應力的影響；在設備運輸過程中應充分論證裝卸過程中的吊裝、道路、車輛運輸中因軸偏長而導致軸線受力的變化，采取合理的運輸方案和設備加固校正等措施減小對軸線的影響。

5 結 語

通過對撒多水電站#3發電機與水輪機軸連接法蘭出現的機組軸線折線進行調整及原因分析，綜合分析了影響水輪發電機組軸線的因數有連軸法蘭、推力頭與軸頸加工精度及熱套工藝、轉子安裝工藝及設備在吊裝、運輸、儲存保管過程等，針對分段軸存在的影響軸線線性的偶然性，在其安裝過程中，應根據實際測量數據進行綜合分析，結合安裝步驟和經驗制定可靠、成熟的處理措施，確保機組安全穩定運行。

萬連彬(1982- )，男，四川攀枝花人，工程師，學士，從事水電站機電技術與設備管理工作.

(責任編輯：李燕輝)

2017- 01- 10

TV7;TV737

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1001- 2184(2017)04- 0094- 04