懸 式水輪發(fā)電機組軸線調(diào)整淺析

馬代斌

（東方電氣集團東方電機有限公司，四川 德陽618000）

懸 式水輪發(fā)電機組因推力軸承裝配分布在上機架上而得名，具有推力軸承距離水導(dǎo)軸承遠、軸線情況復(fù)雜、運行轉(zhuǎn)速較高等特點。

懸 式水輪發(fā)電機組軸線包括軸系幾何中心線和軸系旋轉(zhuǎn)中心線，具體由發(fā)電機主軸、轉(zhuǎn)子、水輪機主軸和轉(zhuǎn)輪等相互聯(lián)接而成。理想狀態(tài)下，軸系幾何中心線和軸系旋轉(zhuǎn)中心線各自鉛直，且彼此重合；實際安裝過程中，由于軸系加工誤差與安裝誤差的存在，需要進行軸線測量、調(diào)整，確保軸系幾何中心線和軸系旋轉(zhuǎn)中心線相互偏差在公差要求范圍內(nèi)。

懸 式水輪發(fā)電機組軸線通過盤車方式測量發(fā)電機上導(dǎo)軸承、發(fā)電機下導(dǎo)軸承、連軸法蘭、水輪機導(dǎo)軸承的擺度值。機組軸線不合格，勢必造成盤車過程各軸領(lǐng)位置有比較大的擺度，本質(zhì)原因主要包括各軸領(lǐng)旋轉(zhuǎn)中心同心度不合格和機組軸系旋轉(zhuǎn)中心線跟 鏡 板工作面垂直度不合格兩種。通過去除法（修刮和腐蝕）和加墊的方法進行調(diào)整，一般包括軸線測量、軸線分析和軸線處理三部分內(nèi)容。

國內(nèi)某300 MW 級抽水蓄能電站共安裝4 臺300 MW 發(fā)電電動機組，立軸懸 式結(jié)構(gòu)，額定轉(zhuǎn)速為500 r/min，軸系由水輪機主軸、發(fā)電機主軸和發(fā)電機瓶型軸聯(lián)接構(gòu)成，軸承系統(tǒng)由發(fā)電機上導(dǎo)/推力聯(lián)合軸承、發(fā)電機下導(dǎo)軸承和水輪機導(dǎo)軸承三部分構(gòu)成，其中推力軸承采用彈性支柱螺桿結(jié)構(gòu)支撐，并需要現(xiàn)場套裝推力頭裝配。推力軸承受力調(diào)整完成后，進行機組軸線盤車檢查與調(diào)整。根據(jù)機組結(jié)構(gòu)特點，采用圓盤式工具機械盤車以及修刮推力頭卡環(huán)的去除法調(diào)整。

1 機組軸線測量

國內(nèi)某300 MW 級抽水蓄能電站機組安裝過程中，在完成推力軸承受力調(diào)整和機組軸線靜態(tài)調(diào)中后，進行機組軸線測量。盤車方式為機械盤車，即把盤車工具固定于推力頭或者端軸上，抱緊發(fā)電機上導(dǎo)軸承瓦的同時，利用人力或橋機、滑輪等推動轉(zhuǎn)動部分使機組旋轉(zhuǎn)。測量方式為百分表擺度檢測法，即在測量部位（軸領(lǐng)、連軸法蘭等9 個部位）與推力頭位置沿圓周方向各劃八等分點，上、下各部位的等分點方位一致，按逆時針方向順次對應(yīng)編號，并在這些測量部位的+X 和+Y 方向各架設(shè)1 塊百分表（兩表讀數(shù)相互校核），盤車連續(xù)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動部件，在各等分點經(jīng)過百分表處時停止轉(zhuǎn)動，并同步讀取各百分表數(shù)據(jù)。

為減小測量與讀數(shù)誤差，通常要求正式讀取百分表讀數(shù)之前，先勻速預(yù)盤車1～2 圈，檢查各百分表歸零情況。正式盤車與記錄百分表讀數(shù)時，采取連續(xù)點 盤2 圈，一般以第2 圈百分表讀數(shù)為依據(jù)進行軸線分析。

軸線調(diào)整是一項非常復(fù)雜、精細的工作，需要多次盤車檢測、分析與處理相配合，以下選取國內(nèi)某300 MW 級抽水蓄能電站機組軸線處理前第2 圈正式盤車數(shù)據(jù)為依據(jù)進行軸線分析。

2 機組軸線分析

機組軸線盤車檢測完成后，首先分析測量數(shù)據(jù)的準確性；然后進行軸線各測量部位偏心、擺度計算，并結(jié)合各測量部分高程分布，繪制二維曲線圖，進而確定軸線的實際情況。

2.1 機組軸線盤車測量數(shù)據(jù)的準確性分析

同一軸線測量位置在第1 圈盤車過程中，排除測量位置圓周方向局部突變、百分表問題、百分表架設(shè)問題以及讀數(shù)問題，測量數(shù)據(jù)應(yīng)具有以下2 個特點：

（1）精確回零，偏差小于0.05 mm。

（2）以測量值為縱軸，以等分點為橫軸，繪制出的二維曲線接近正弦曲線，且過渡平滑、無明顯角度位移。

2.2 機組擺度計算基本原理

設(shè)用百分表測得推力頭部位的讀數(shù)為CTi，測得轉(zhuǎn)動部件的讀數(shù)為CRi，測量部位的偏心角為θi，i 表示圓周方向各等分點位（i=1～8）或坐標軸方向（X、Y等），則基本計算原理公式如下：

推力頭旋轉(zhuǎn)中心（CR）偏心值為

轉(zhuǎn)動測量部件旋轉(zhuǎn)中心（CR）偏心值為

轉(zhuǎn)動部件相對推力頭的凈偏心值為

則轉(zhuǎn)動部件的絕對擺度（R）、偏心角（a）為

根據(jù)計算原理，得出國內(nèi)某300 MW 級抽水蓄能電站機組軸線處理前第2 圈正式盤車的軸線擺度值。

2.3 機組軸線分布圖

以機組軸線各測量部位絕對高程值為縱坐標，以各測量部位相對發(fā)電機上導(dǎo)軸承（推力頭處） 凈偏心為橫坐標，繪制出機組軸線分布圖。單獨提出發(fā)電機上導(dǎo)軸承（推力頭處）、發(fā)電機下導(dǎo)軸承和水輪機導(dǎo)軸承的實測凈偏心，繪制出的機組軸線分布圖參見圖1。

圖1 單獨提出軸承位置的機組軸線分布圖

2.4 機組軸線調(diào)整檢驗標準

（1）水輪機導(dǎo)軸承相對擺度不大于0.03 mm/m，且絕對擺度不大于0.25 mm。

（2）發(fā)電機上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承相對擺度不大于0.02 mm/m。

（3）各聯(lián) 軸法蘭相對擺度不大于0.02 mm/m。

注：1）絕對擺度：指測量部位測出的實際擺度值。2）相對擺度：絕對擺度（mm）與測量部位至鏡 板距離（m）之比值。

2.5 機組軸線實際情況

（1）盤車測量的數(shù)據(jù)不存在測量準確性問題。

（2）各測量位置擺度值同比標準要求值偏大，機組軸線不合格。

（3）機組軸線聯(lián) 軸法蘭位置存在折彎。

（4）單獨提出三部軸承位置的機組軸線呈基本直線傾斜。

3 機組軸線處理

因為軸系由水輪機主軸、發(fā)電機主軸和發(fā)電機瓶型軸聯(lián)接構(gòu)成，不可避免存在聯(lián)接部分輕微折彎。為更方便分析軸線，通常采取先單獨提出發(fā)電機上導(dǎo)軸承（推力頭處）、發(fā)電機下導(dǎo)軸承和水輪機導(dǎo)軸承的實測旋轉(zhuǎn)中心、絕對擺度值進行分析、調(diào)整，軸線處理合格后再結(jié)合軸系所有聯(lián)接法蘭處絕對擺度值進行驗證。如果軸系聯(lián)接法蘭處存在嚴重折彎，最終都可以驗證出來，且需要通過單獨分析、處理聯(lián) 軸法蘭解決。

3.1 機組軸線處理方案確定

在機組推力軸承受力與鏡 板水平 均符合標準要求的前提下，機組軸線呈基本直線傾斜狀態(tài)（單獨提出三部軸承位置的機組軸線），等同于機組軸線垂直度不合格，即機組軸線處理主要針對軸線垂直度調(diào)整。

一般情況下，可以通過去除法（修刮和腐蝕）和加墊的方法進行軸線垂直度調(diào)整。考慮到處理效果的長久安全可靠性，最終采取去除法。結(jié)合機組推力軸承位置的結(jié)構(gòu)布置，共計可以處理三個面實現(xiàn)軸線垂直度調(diào)整：

（1）鏡 板與推力頭之間的把合面；

（2）卡環(huán)與推力頭之間的接觸面；

（3）卡環(huán)與軸系之間的接觸面。綜合考慮施工的便捷性與處理效果性，最終確定通過修刮卡環(huán)與軸系之間接觸面的方案。

3.2 機組軸線處理量確定

設(shè)機組軸線不垂直度為TF，機組軸線最大擺度為Rmax，最大擺度測量位置距離卡環(huán)修刮面距離為LF，最大擺度測量位置的偏心角為a，卡環(huán)修刮面的直徑為D，卡環(huán)最大修刮 量為Δhmax則：

其中D=0.85 mm，LF=13.53 m，可得Rmax=0.50 mm。

推出Δhmax=0.016 mm≈0.015 mm，偏心角a≈-9.76°。

3.3 卡環(huán)修刮工藝

刮卡環(huán)以處理機組軸線具體工藝如下：

（1）實測卡環(huán)修刮 前厚度；

（2）制作刮刀，宜采用合金鋼刀片；

（3）根據(jù)卡環(huán)材料選用材料接近的一塊鋼板進行試刮；

（4）根據(jù)盤車擺度，把卡環(huán)先劃分幾個均等區(qū)域；

（5）修刮 前用油筆或者紅丹粉涂抹整個面，防止有漏 刮區(qū)域，刮一遍涂抹一遍；

（6）按照區(qū)域劃分，過渡計算每個區(qū)域需要刮除的量，推薦修刮一遍遞減一個區(qū)域的辦法，即最大修刮厚度區(qū)域需要刮除區(qū)域數(shù)減1；

（7）修刮 過程中，切記均勻用力；

（8）全部修刮 完成后，用浸有透平油的天然油石蹭掉區(qū)域的高點，實測卡環(huán)厚度；

（9）蹭掉卡環(huán)上端面與軸系的非接觸面，以方便卡環(huán)安裝到位后間隙檢查。

4 機組軸線調(diào)整效果

機組軸線調(diào)整效果分為2 個部分內(nèi)容，其一，軸線處理后的盤車檢測情況；其二，機組調(diào)試運行過程中的振動、擺度、瓦 溫情況。

4.1 軸線處理后的盤車檢測

因為卡環(huán)修刮的過程存在一定的偏差以及軸線本身的不規(guī)則變化，機組軸線處理的效果同比理論計算會存在一定偏差，需要吸取這個偏差，疊加到下一次軸線處理中。后續(xù)相繼進行了3 次軸線處理，分析原理以及處理方案跟第一次處理一致，最終實現(xiàn)軸線各測量位置擺度在標準公差范圍內(nèi)，軸系幾何中心線和軸系旋轉(zhuǎn)中心線相互偏差在公差要求范圍內(nèi)。

4.2 機組調(diào)試運行過程中振動、擺度、瓦 溫情況

調(diào)試運行過程中，機組軸系振動、擺度以及瓦 溫都表現(xiàn)出很好的效果。首次開機瓦 溫熱穩(wěn)定試驗完成后，未進行動平衡配重試驗便直接進行機組機械過速試驗，這在高轉(zhuǎn)速懸 式抽水蓄能機組中實屬罕見。

后續(xù)機組調(diào)試過程中，經(jīng)動平衡配重試驗配合調(diào)整、完善，機組軸系振動、擺度以及瓦 溫均實現(xiàn)同類型機組精品標準。

5 結(jié)語

影響機組軸線的因素很多，在安裝、調(diào)整階段可能遇到的問題也千變?nèi)f化，如單部導(dǎo)軸承擺度大而其余各處擺度正常或有規(guī)律、某一測點以下或以上測量數(shù)據(jù)線性增大、導(dǎo)軸承擺度合格而鏡 板跳動偏大或無規(guī)律以及導(dǎo)軸承擺度合格而鏡 板水平不合格等，要逐一排除各影響因素是一個非常復(fù)雜、精細的過程，需根據(jù)實際情況及時分析、排查和處理，尤其對于懸 式水輪發(fā)電機組軸線調(diào)整。

本文針對懸 式水輪發(fā)電機組軸線的分析與探討，運用軸領(lǐng)旋轉(zhuǎn)中心同心度計算和繪制二維曲線圖相結(jié)合，分析機組軸線辦法以及卡環(huán)修刮 調(diào)整機組軸線辦法，順利、高效地實現(xiàn)了機組軸線調(diào)整。