立式機組導軸承間隙計算與調整

唐 煊

（湖南五凌電力工程有限公司， 湖南 長沙 410004）

1 概述

1.1 立式機組的分類

立式水輪發電機組分類方法有許多，根據水流通過轉輪的方向不同，可分為混流式、軸流式、斜流式、可逆式等；以推力軸承布置方式不同，可分為懸吊式機組（推力軸承在轉子上方），傘式機組（推力軸承在轉子下方），其中傘式機組又分為全傘式機組（無下導軸承）和半傘式機組（有下導軸承）；以推力軸承結構不同，可分為自調節推力軸承機組和剛性推力軸承機組；根據導軸承的數量不同，可分為三導式機組和兩導式機組。

導軸承的作用是用來承受水輪發電機組轉動部分的徑向機械不平衡力和電磁不平衡力，并約束軸線徑向位移和防止軸的擺動，使機組軸線在規定數值范圍內旋轉的結構。導軸承一般結構如圖1，圖中部件：1—軸承座；2—密封罩；3—滑轉子（軸領）；4—主軸；5—導軸承瓦；6—套筒；7—支柱螺釘；8—冷卻器。

圖1 導軸承結構圖

1.2 擺度產生的原因

間隙范圍內產生位移，因此，在主軸其它測量部位處所測得的單側擺度值內均含有上述位移的因素，我們把主軸某測量部位處與限位導軸承處同軸號的單側擺度值之差，稱為該點的凈擺度。

相對擺度：主軸某測量部位、某軸號的凈擺度值除以限位導軸承中心至該測量部位設表處的軸長之商，稱為主軸在該測量部位、該軸號處的相對擺度。實際應用中所稱的相對擺度，是指最大相對擺度而言。對于主軸某個測量部位而言，其相對擺度只有一個。

軸系產生擺度的原因很多，主要原因有：1）鏡板磨擦面與軸線不垂直。2）法蘭組合面與軸承不垂直。3）整體軸線偏離理論旋轉中心線。一般情況下，擺度是以上多種因素的組合（如圖2）。

圖2 擺度產生示意圖

1.3 擺度對機組運行的影響

由于擺度的產生，使機組在旋轉時不再那么平穩，各部位振動和噪音加劇，也加速了導軸承瓦的磨損。對導軸承的裝配也產生了影響。以下是國家和行業規范中對導軸承瓦裝配的要求：

《水輪發電機組安裝技術規范》BT 8564-2003：5.6.2導軸瓦安裝應符合下列要求：a)導軸瓦安裝應在機組軸線及推力瓦受力調整合格，水輪機止漏環間隙及發電機空氣間隙符合要求的條件下進行。為便于復查轉軸的中心位置，應在軸承固定部分合適部位建立中心測點，測量并記錄有關數據；b)導軸瓦安裝時，一般應根據主軸中心位置，并考慮盤車的擺度方向及大小進行間隙調整，安裝總間隙應符合設計要求。但對只有兩部導軸承的機組，調整間隙時，可不考慮擺度；c)分塊式導軸瓦間隙允許偏差不應超過±0.02 mm；筒式導軸瓦間隙允許偏差，應在分配間隙值的±20%以內，瓦面應保持垂直。

《水輪發電機組推力軸承、導軸承安裝調整工藝導則》SL 668-2014：5.3.2當轉軸處于實際回轉中心時，懸式機組的上導、傘式機組的下導、以及采用彈性盤車時抱緊轉軸的兩部軸承（可為上導和水導），其間隙為均勻調整；其它軸承應考慮轉軸的盤車擺度方位及大小進行間隙調整；對只有兩部導軸承的機組可以不考慮擺度而均勻調整間隙。

從以上規范中可以看出，由于機組擺度的產生，對導軸承的間隙分配提出了要求。導軸承間隙分配的目的，就是為了使主軸旋轉中不蹩勁，約束主軸擺度，減輕軸瓦磨損和降低瓦溫。導軸承瓦間隙調整的原則是所有導軸承中心在主軸的旋轉中心線上，且使各導軸承同心。導軸承瓦間隙分配的依據有：1）各導軸承處的擺度；2）導軸承設計間隙。導軸承間隙調整前，必須做好以下準備：1）推力瓦受力調整合格；2）經盤車檢查機組軸線合格；3）水輪機止漏環和發電機空氣間隙合格（即轉軸處于實際回轉中心）。

2 導軸承間隙分配的方法

導軸承間隙分配的方法分為下面幾個步驟：1）盤車測量大軸各部位擺度值；2）計算出導軸承處的凈全擺度；3）根據擺度值計算軸瓦間隙；4）根據計算結果對軸瓦間隙進行調整。

2.1 不同類型機組導軸承瓦間隙分配的原則

根據機組結構的不同，導軸承瓦間隙分配和盤車的要求和方法也不相同。

（1）兩導式機組

可不考慮機組擺度，對導軸承間隙平均分配。但對于剛性推力軸承的機組，一般也應該考慮機組擺度，以上導或下導軸承作為限位導軸承進行盤車，對水導軸承間隙按照盤車擺度值進行計算和分配，對限位導軸承間隙均勻分配。

（2）三導式機組

1）剛性支撐推力軸承的機組

懸吊式：以上導軸承作為限位軸承盤車，上導間隙均分，下導和水導根據擺度計算；

半傘式：以下導軸承作為限位軸承盤車，下導間隙均分，上導和水導根據擺度計算。

2）彈性支撐推力軸承的機組

以兩部導軸承作為限位導軸承，其軸瓦間隙均分，另一導軸承間隙依擺度計算分配。

另外，如果導軸承處大軸擺度小于軸瓦允許的最小間隙（一般為0.05 mm），也可不考慮擺度，將該導軸承處軸瓦間隙均勻分配。

2.2 擺度值的測量

擺度測量，需要應用到盤車的方法。擺度測量工作，一般是在需要測量擺度的部位，+X和+Y方向各裝設一塊百分表，用機械力（或電動力、人力）使轉動部分轉動，每轉動45°停下來讀數，轉動一圈，每塊表就有8個讀數，然后根據這8個讀數計算出擺度值，兩塊表的讀數值可互為驗算。這種測量方法是我國多年來一直沿用的方法，一般稱其為“兩表八點法”。

以剛性支撐的半傘式三導軸承機組為例，下導軸承最靠近推力頭，盤車時一般以下導作為限位軸承（必要和條件允許的情況下也可以在靠近推力頭處設置臨時導軸承作為限位軸承），抱緊下導瓦，將上導及水導瓦間隙放足夠大，從+Y方向開始將大軸圓周等分為8等分，逆時針編號，順時針盤車，測量上導、下導、法蘭、水導等處的擺度值（如圖3）。可測量3～5次以驗證盤車數據的一致性。懸吊式機組因上導距推力頭最近，故盤車時一般以上導作為限位軸承。

圖3 盤車編號圖

2.3 盤車數據的計算

以剛性支撐的半傘式機組為例，有三個導軸承，以下導軸承作為限位導軸承，其盤車進行擺度測量和計算的結果如表1：

表1 盤車數據記錄表

根據前述定義，凈擺度是大軸某部位單側擺度值與限位導軸承該方向單側擺度之差。凈全擺度是大軸某部位凈擺度與其對側部位凈擺度之差。

水導處的凈擺度：φSJ=φS-φX，φS和 φX分別是水導和下導處的擺度值。

水導處凈全擺度：φSJQ1－5=φSJ1-φSJ5，φSJ1和 φSJ5分別是水導1號點和5號點的凈擺度值。

在對盤車所測的擺度數據進行計算時應注意下列事項：

1）檢查數據應基本成正弦趨勢，否則應進行核查或重新盤車。2）反復核對防止看錯數據位置（行、列）。3）反復核對驗證數據的正負和方向。4）某點的全擺度值應為本側減去對側，不能弄反。

2.4 導軸承間隙計算

導軸承間隙計算有多種方法，這里介紹兩種常用的基本方法：三角函數法和圖解法。

（1）三角函數法

各軸承軸瓦間隙分配為：δi= δ/2-φmaxcos αi/2式中：δi-軸瓦的應調間隙；

δ-該軸承設計總間隙，其中筒式瓦為實測值；φmax-該軸承處的最大凈全擺度；

αi-各瓦抗重螺栓中心或測點與該處軸最大擺度點的夾角。

最大擺度φmax與擺度所在方向α的計算

如圖4，導軸承為10塊瓦，1號瓦在+X方向，那么1號瓦的夾角α1=90-θ，

10號瓦的夾角α10=90-θ-360/10

圖4 三角函數法計算導軸承間隙

如表1中盤車數據，水導軸承有10塊瓦，下導軸承有12塊瓦，計算水導軸承瓦間隙：

φx=6（+X 方向的凈全擺度），φy=18（+Y 方向的凈全擺度）

α1=90-18.4=71.6，導瓦間隙設計值（雙側）：δ=0.40 mm，

δi=δ/2- φmaxcosαi/2=20-0.19×cos αi/2

計算結果如表2。

表2 間隙計算結果

（2）圖解法

如表1中盤車數據，計算水導軸承的間隙，步驟如下（如圖5）：

圖5 圖解法計算導軸承間隙

1）以水導的單測設計間隙為半徑（可按比例放大），以下導中心O下為圓心，畫出水導的軸承圓；2）在水導軸承圓上標出各導瓦的位置；3）在水導軸承圓內求出水導處軸心的位置O水；4）自軸承的軸心點O水向相對兩塊軸瓦的連線做垂線，分別量取該垂足到這兩塊瓦的距離，就是這兩塊瓦的間隙值。

上導瓦間隙計算方法與水導瓦相同；下導軸承的間隙可以按照設計單側間隙均勻調整。

根據表1中數據：

水導處X方向凈全擺度：⑦-③=6；Y方向凈全擺度：①-⑤=18

上導處X方向凈全擺度：⑦-③=-6；Y方向凈全擺度：①-⑤=-11.5

大軸中心偏差為凈全擺度的一半，那么在下導圓內的投影座標：水導處軸心（3，9）；上導處軸心（-3，-5.75）。

3 導軸承間隙調整

根據以上方法，計算出導軸承各分塊瓦間隙后，在對分塊瓦間隙進行調整前，還需要檢查確認以下事項：

（1）核對大軸的位置，確認軸號1處于機組+Y方向；

（2）認真核對軸瓦位置，軸瓦編號與計算時的位置完全一致；

（3）測量迷宮環間隙，發電機空氣間隙，確認轉動部分處于機組中心位置。

分塊瓦間隙調整步驟如下：

1）調整前為防止大軸偏移，可先用楔塊將轉輪迷宮環塞緊；

2）在大軸上要進行調整的對稱兩塊瓦處打上百分表，監測主軸位移；

3）先將對稱2塊瓦抱緊，調整好對應導瓦的間隙；

4）間隙調整完成后鎖緊調整螺桿；

5）調整完成后要進行復查，無誤后再緊一遍鎖緊螺母，并折好鎖定片。

對于楔子板結構的導軸承（如下頁圖6），需要根據楔子板表面的坡度（一般為1：50），計算楔子板上方螺桿需要調整的高度。在調整時還應注意，楔子板和抗重塊安裝前，應仔細核對方向，切勿裝反。

對于支撐螺釘結構的導軸承（如下頁圖7），在抱瓦時可用兩只小千斤頂或兩個楔形塊，在瓦背兩側把導瓦頂靠軸領，頂好后應保持原位不變，調整支撐螺釘球面與瓦背面的間隙，調好后把支持螺釘的螺母鎖住，再次復查，合格后即可進行下一對瓦的調整工作。整體調整完畢后，取下楔形塊或恢復小千斤頂。

圖6 楔子板結構的導軸承

圖7 支撐螺釘結構的導軸承

4 結語

立式機組導軸承間隙的調整對機組運行至關重要。本文介紹的兩種導軸承間隙計算的方法，適用于所有類型立式水輪發電機組的分塊瓦導軸承間隙計算，個人認為其中圖解法更加簡便實用。對于不同結構的機組，盤車和擺度測量的方法也有很大區別，有時還需要我們在實踐中進行驗證和總結。比如對于彈性支撐結構的三導式機組，以哪兩個導軸承作為限位導軸承進行盤車，對于機組運行狀態更有利，目前尚沒有統一的結論。在三板溪電廠彈性支撐半傘式機組大修中，實驗結果顯示，以上導和下導作為限位導軸承進行盤車較為適宜，對于其他類似機組是否適用，還有待于進一步實踐驗證。

參考文獻：

[1]陳秀芝.水輪發電機檢修[M].北京：中國電力出版社，2002.

[2] GB/T 8564-2003水輪發電機組安裝技術規范[S].

[3] SL 668-2014水輪發電機組推力軸承、導軸承安裝調整工藝導則[S].