“四表四點”盤車方法在惠蓄電站水泵水輪發電機組安裝調試中的應用

談進昌

(惠州蓄能發電有限公司，廣東 惠州 516100)

1 概述

水泵水輪發電機組的盤車方法有很多種，我國傳統盤車工作一般采用“兩表八點”法，即將機組大軸等分八點，并在機組X向和Y向各固定1個百分表，測量機組旋轉時大軸表面圓周等分點的跳動值，將跳動值及其對應方位描繪在坐標紙上并擬合成擺度曲線，得到最大擺度值及方位[1]。

但在惠蓄電站機組盤車時，廠家ALSTOM公司提供了一種“四表四點”盤車的工作方法，即將機組大軸等分四點，在機組上、下游(+Y、-Y)方向和左、右岸(+X、-X)方向各固定1個百分表，測量機組旋轉時大軸表面圓周等分點的跳動值，根據擺度特性，計算出機組大軸上四個點旋轉180°后擺度平均值，再由矢量求和原理和方法計算出該部位的最大擺度值及方位。該方法新穎、操作簡單、并能及時發現測量誤差，值得推廣應用。

惠蓄電站共安裝有8臺由法國ALSTOM公司負責設計、制造的可逆式水泵水輪機發電機組，分A、B兩廠建設，總裝機容量為2 400 MW(8×300 MW)。機組設計額定轉速為500 rpm，額定凈水頭為517.4 m(發電工況)。發電/電動機型式為三相、空冷、立軸、懸式結構。水泵/水輪機轉輪為單級混流可逆式結構，轉輪采用中拆方式。機組整根大軸由瓶狀軸(轉子中心體)、下端軸、中間軸和水輪機軸等組成，通過8個聯軸面聯接成一體。推力頭熱套安裝在瓶狀軸上，12塊剛性結構的推力軸承裝設在上機架上，支撐整個機組轉動部分的重量；12塊上導軸承瓦固定在推力頭外側，還有8塊下導軸承瓦和10塊水導軸承瓦分別固定在下端軸和水輪機軸的軸領外側，維系著機組大軸穩定運行。機組軸系結構如圖1所示。

圖1 惠蓄水泵水輪機組軸系結構示意(單位：m)

2 機組“四表四點”盤車擺度測量原理

基準點旋轉至正對上游方向；最后在上、下游及左、右岸4個方向上各自安裝1塊百分表，表座吸在固定部件上，表針指向大軸[2](如圖2所示)。

圖2 監測斷面百分表布置示意

圖3 擺度特性幾何關系示意

(1)

ex=[R2-(e*sinθ)2]1/2-(R-e*cosθ)

(2)

又由于：R?e，可得到：

[R2-(e*sinθ)2]1/2≈R

(3)

由式(2)和(3)，可得到：

ex=e*cosθ

(4)

同理，可得到機組大軸順時針方向旋轉90°、180°、270°、360°和450°時，上、下游(±Y)和左、右岸(±X)方向上百分表數值見表1所示。

表1 機組大軸旋轉方位與各測點百分表數值的對應關系

若假設上、下游(±Y)和左、右岸(±X)方向上百分表數在固定座0°方位時基準數值均調整為零，則有：

上游(+Y)方向擺度值為：

φ+y(0°～180°)=e*sinθ-(-e*sinθ)=2e*sinθ

(5)

下游(-Y)方向擺度值為：

φ-y(0°～180°)=-e*sinθ-(e*sinθ)=-2e*sinθ

(6)

左岸(+X)方向擺度值為：

φ+X(0°～180°)=e*cosθ-(-e*cosθ)=2e*cosθ

(7)

右岸(-X)方向擺度值為：

φ-X(0°～180°)=-e*cosθ-(e*cosθ)=-2e*cosθ

(8)

由式(5)～(8)推算結果可知，其上、下游(±Y)和左、右岸(±X)方位上測得的結果是數值相等方向相反。

考慮到由于軸有擺度使軸中心偏離旋轉中心位置，工作中無法準確將百分表測頭對準旋轉中心測量而產生工作誤差，因此在實際操作中可以通過判斷對稱方向測量值不能偏差過大，否則需要重新測量；數值偏差不大時，可取平均值計算，以減少誤差。則有：

φy(0°～180°)=(1/2)*{φ+y(0°～180°)-φ-y(0°～180°)}

(9)

φX(0°～180°)=(1/2)*{φ+X(0°～180°)-φ-X(0°～180°)}

(10)

φy(90°～270°)=(1/2)*{φ+y(90°～270°)-φ-y(90°～270°)}

(11)

φX(90°～270°)=(1/2)*{φ+X(90°～270°)-φ-X(90°～270°°)}

(12)

最后，可根據矢量求和原理和方法計算出該部位的最大擺度值及方位，即：

φmax={[φy(0°～180°)]2+[φX(0°～180°)]2}1/2≈ 2e

(13)

φmax={[φy(90°～270°)]2+[φX(90°～270°)]2}1/2≈ 2e

(14)

θ=arctan{φy(0°～180°)/φX(0°～180°)}

(15)

θ=arctan{φy(90°～270°)/φX(90°～270°)}

(16)

3 機組盤車工藝及實施

3.1 機組盤車工藝方式

我國水電機組盤車方式一般有電動、機械和人工3種。根據惠蓄機組結構特點，宜可采用人工盤車方式，即在機組瓶狀軸上端部，安裝手動盤車專用工具(如圖4所示)，通過人工推動受力桿，使機組沿順時針方向緩慢旋轉，并測量記錄軸線方向上8個監測斷面的擺度值(如前文圖1所示)。

圖4 惠蓄機組人工盤車裝置示意

人工盤車旋轉時，需要啟動機組推力軸承高壓油頂起裝置，使推力瓦和鏡板之間建立油膜，防止干摩擦；在記錄機組擺度值時，需要停止高壓注油泵，確保讀數準確。

3.2 機組盤車實施操作

1)機組盤車前，將水泵水輪機組大軸上共8個聯接法蘭和3個導軸承的圓周面清潔干凈，檢查這些位置是否存在有凸凹點，旋轉部件與固定部件間隙處是否存在有異物卡澀，檢查機組推力軸承高壓油頂起裝置、機械剎車裝置能正常投退。

2)調整推力軸承高程及水平，并把機組轉動部件推到迷宮環間隙的中心位置，即調整轉輪上、下迷宮環間隙及定、轉子空氣間隙均勻，同時使機組大軸處于自由狀態并垂直。

3)在推力軸承受力調整過程中，要始終抱緊上導瓦，使機組軸線一直處于強迫垂直狀態，調整推力軸承支柱螺栓，使各瓦受力均勻。受力調整工作結束后，要復查推力頭水平及轉輪上、下迷宮環間隙及發電機定、轉子空氣間隙，并做好記錄。

4)在機組大軸上確定一基準點以及等分四點，并保證每個斷面的四個測點在同一軸線(同一方位角度)上；對稱抱4塊上導瓦，抱瓦間隙控制在0.01～0.02 mm，并在瓦面上涂少許透平油；分別在各個斷面處外側的上、下游(±Y)及左、右岸(±X)方向設置10 mm量程百分表，每塊百分表讀數均調對在5.00 mm，在推力頭上放置0.02 mm/m的框式水平儀監測鏡板水平，鏡板處放置軸向百分表，記錄鏡板跳動。

5)機組盤車時，將推力軸承高壓油頂起裝置投入，首次盤車時按順時針轉動1 圈，然后停止高壓注油泵，待機組停穩后，把所有斷面測量百分表全部歸零(5.00 mm)。

6)各斷面測點檢查確認無誤后，再次啟動推力軸承高壓注油泵，轉動機軸，此時轉速應為慢速，用力均勻，并按順時針方向逐點地進行盤車。

7)分別在旋轉至90°、180°、270°、360°、450°方位時停止轉動，同時停高壓油泵，待轉動部分完全靜止后，記錄每個測點百分表的讀數并測量上下迷宮間隙和定轉子空氣間隙。

8)最后，根據所記錄的數據，應用矢量求和原理和方法計算出最大擺度值及方位[3-4]。

4 機組盤車效果分析

下面以惠蓄電站1號水泵水輪發電機組實際盤車為例，介紹惠蓄電站采用“四表四點”盤車方法對測量數據進行計算、分析和作出相應調整。

1)用“四表四點”盤車法測量各部位數據。表2是惠蓄1號水泵水輪機組各軸承、法蘭部位盤車測量所得的數據。

2)各測量斷面擺度計算。將表2各部位測點數據分別代入擺度計算公式(9)～(12)，計算結果見表3。

表2 惠蓄1號機組各測量部位盤車擺度數據記錄

表3 惠蓄1號機組各測量斷面擺度計算值

3)各測量斷面最大擺度值和方位計算。由表3數值分別代入矢量求和公式(13)、(14)以及方位計算公式(15)、(16)，可計算出各測量斷面的最大擺度值及方位見表4。

表4 惠蓄1號機組各測量斷面最大擺度值及對應方位

4)各測量數據分析及處理。對表4機組各測量斷面的最大擺度值與引用標準數值進行列表對比分析，結果見表5。

表5 惠蓄1號機組各測量斷面最大擺度值與引用標準數值對比

由表5可以看出，各部位測點的最大擺度值均優于標準數值，即上述測量、計算數據結果合格，盤車工作結束。

若某一部位測點數據超出標準數值，則應通過對卡環刮削的方法進行機組軸線處理，卡環最大刮削量可根據公式：Δ=(1/2)×φmax×D/L進行計算。其中，Δ 表示卡環最大刮削量；φmax是指測點斷面處的最大擺度值；L是測點斷面處至卡環的距離；D為卡環直徑。

在計算出卡環最大刮削量(Δ)，并找出最大前刮削點方位角(θ)后，過該點和圓心(0)作一直徑，沿該直徑把卡環等分8個刮削區，并按比例確定每一區域的刮削量之后，即可對卡環進行刮削(如圖5所示)。待各區全部刮完后，把卡環放在大平板上，用研磨平臺加微量顯示劑，壓在卡環上研磨顯出高點，除去高點和邊緣毛刺，最后用細砂布打光，即可裝復重新盤車檢查，直至擺度符合要求為止[5]。

圖5 卡環等分刮削區示意

5 結語

惠蓄電站水泵水輪發電機組采用“四表四點”盤車方法與國內傳統采用的“兩表八點”法相比有所不同，且操作簡單，數據處理簡便，并能及時發現測量誤差。惠蓄電站A、B廠8臺機組均采用“四表四點”盤車方法進行檢查調整，自投運至今，機組運行平穩，各軸承位運行振擺值均在A區范圍內，滿足機組運行標準要求，也證明了法國ALSTOM公司所采用的盤車方法是有效和可行的。同時，也希望本文能為國內相類似電站機組軸線調整提供一種新的借鑒。