懸式水輪發電機推力受力及上導間隙調整淺析

葉惠娟

（福建船政交通職業學院，福建 福州350000）

1 引言

立式水輪發電機廣泛應用在大、中容量的水輪發電機組，其中，將推力軸承位于轉子上方的上機架內或上機架上的發電機稱為懸式水輪發電機。該類型機組推力軸承將整個轉動部分懸掛起來，軸向推力通過定子機座傳至基礎。在機組運行時，如果各推力軸瓦受力不均，會破壞推力瓦與鏡扳之間所建立的油膜。推力瓦就會在半干摩擦或干摩擦狀態下運行，各軸瓦之間將產生較大溫差，造成個別軸瓦溫度增高，從而導致瓦面變形量增大、瓦面磨損增大，嚴重時會破壞油膜導致燒瓦，影響機組安全運行。由于懸式機組軸向長度增加，一般選用兩個導軸承，其中，上導軸瓦起到限制機組軸線擺度的作用，若導軸瓦的間隙過大，將使得機組在運行時擺度過大，從而造成振動過大；若間隙過小，機組運行時將導致轉軸憋勁，導軸瓦的摩擦過大，嚴重時將使得導軸瓦溫度升高，甚至造成燒瓦的現象[1-4]。

2 支柱螺栓式上導軸瓦間隙調整工藝

2.1 上導軸瓦間隙調整工藝現狀

懸式水輪發電機組采用上導軸承與推力軸承合用一個油槽的形式，推力頭兼作上導軸承軸頸，結構簡單，如圖1 所示。支柱螺栓式上導軸瓦利用瓦背后方支柱螺栓的前進與后退來調整上導軸瓦與軸頸的間隙，即上導軸瓦間隙。此種結構上導軸瓦間隙調整的工藝流程較為復雜。

圖1 懸式水輪發電機推力軸承結構圖

如圖2 所示，用2 個特制螺栓千斤頂或2 塊楔子板在瓦背兩側對角線位置把導軸承瓦同時頂靠軸頸，則支柱螺栓頭部與上導軸瓦瓦背的間隙便是上導軸瓦間隙。通過調節支柱螺栓，用塞尺測量支柱螺栓球面頭部與瓦背之間間隙δ，使之符合調整間隙計算值的要求。之后，將支柱螺栓前后鎖定螺母鎖住，再次復查上導軸瓦間隙。

支柱螺栓帶前后鎖定螺母形式的導軸瓦在間隙調整過程中的難點在于：打緊前鎖定螺母時，支柱螺栓將沿軸向發生拉伸，使得間隙值減小；打緊后鎖定螺母時，支柱螺栓也將發生拉伸，使間隙值增大。在螺母鎖定過程中，需要用大錘進行打緊，很難通過控制敲擊力度來精準控制支柱螺栓的拉伸量。由于上導軸瓦間隙調整誤差在±0.01 mm，因此，若沒有按照一定的規律進行調整，將使得鎖定螺母打緊后，支柱螺栓的拉伸量太大或者太小，導致間隙值不符合要求，返工概率大。

圖2 上導軸承間隙示意圖

2.2 上導軸瓦間隙調整步驟

（1）軸瓦間隙的調整需在機組中心調整合格以后進行。

（2）調整前需在水輪機止漏環間隙處打入楔子板固定，以防軸瓦調整時機組中心發生移位，水導處有互成90°方向的2 塊百分表監視主軸徑向位移。

（3）在上導軸頸處裝設2 塊互成90°的百分表，用以監視軸瓦抱緊過程中機組主軸的位移量，從調瓦開始至調瓦結束，主軸應保持原來的中心位置不變。百分表架設的位置要不妨礙軸承間隙調整時工器具的使用。

（4）分別用2 個特制螺栓千斤頂將8 塊上導軸瓦抱緊主軸，如圖2 所示。特制螺栓千斤頂應頂靠在上導軸瓦瓦背對角線兩側的位置，且不能妨礙軸承間隙調整工具的使用。

抱緊時為使主軸保持原來的中心位置不變，應有2 人同時頂靠對稱方向上的2 塊軸瓦，動作要互相協調，同時注意監視百分表。在對稱方向頂緊后，用塞尺檢查軸瓦四角與上導軸頸之間無間隙。

（5）導軸承間隙測量，以瓦背鉻鋼墊與支柱螺栓球頭之間的最小間隙為測量值。

（6）按照軸線調整后算出的軸瓦間隙值對上導軸瓦間隙進行調整，誤差為±0.01 mm。

（7）間隙調整工藝

1）調整時，先保證支柱螺栓的前后鎖定螺母均處于松弛狀態，在軸瓦瓦背與支柱螺栓球頭之間塞入一定厚度的塞尺（塞尺厚度一般選用比瓦間隙要求值小0.1 mm 的厚度），調節支柱螺栓，使其球頭輕觸塞尺，將前后2 個鎖定螺母帶緊。

2）使用專用套筒扳手及大錘打緊后鎖定螺母，每錘用力均勻，且每敲擊一次需用塞尺測量一次瓦間隙，直至間隙值比要求值大0.03～0.04 mm。

3）隨后打緊前鎖定螺母，每打一錘需用塞尺測量瓦間隙，直至間隙滿足要求，并檢查軸瓦下部絕緣托板與軸瓦間無間隙。

例如，軸瓦間隙值要求為0.14 mm，1）步驟中塞尺選用厚度為0.04 mm，2）步驟中打緊后鎖定螺母，直至間隙值為0.17 mm，3）步驟中打緊前鎖定螺母，直至間隙值為0.13～0.15 mm。

由于支柱螺栓材質及加工中存在差異，因此上述所列舉的螺栓拉伸值僅為經驗值，還需根據現場實際進行操作。

4）待所有上導軸瓦全部調整完并檢查合格后，拆出頂瓦特制螺栓千斤頂或者楔子板。

3 剛性支柱式推力軸承受力調整工藝

圖3 所示為剛性支柱式推力軸承，通過調節支柱螺栓4 的升降，帶動支柱螺栓所對應的推力軸瓦2 升降，使得各軸瓦均勻地承受推力負荷。剛性支柱式推力軸承受力調整，應在主軸處于垂直狀態，且機組軸線測量調整完畢后進行，即機組轉動部分中心已調整在機組中心。為了提高軸線測量的準確性，盤車前應進行受力初調。

圖3 推力軸承結構示意圖

3.1 剛性支柱式推力軸承受力調整工藝現狀

在中、小型水輪發電機組中，剛性支柱式推力軸承一般采用錘擊法進行受力調整，即使用大錘依次將各瓦支柱螺栓打緊，使各螺栓緊度一致，從而達到受力均勻目的。錘擊法一般有兩種：

（1）支柱螺栓旋轉位移量的方法來調整推力瓦的受力，即通過支柱螺栓鎖板6 與下方軸承支架之間的相對位移量作為支柱螺栓旋轉位移量，從而衡量各軸瓦受力情況。

利用鎖板作支柱螺栓旋轉位移量指示的方法，其受力調整的標準之一為：當支柱螺栓以同一力量錘擊3 遍后，支柱螺栓旋轉位移值均不大于1 mm，且相互差值在1 mm 以內，即可認為受力均勻。由于鎖板與支柱螺栓存在間隙，敲擊后將很難在1 mm的精度范圍內準確判斷其位移量，同時，該方法要求錘擊時用力均勻，且必須使支柱螺栓松緊程度接近，這些指標都較難衡量。因此，將鎖板位移視作支柱螺栓旋轉位移量的方法在實際操作過程中誤差較大且不方便。

（2）在水導軸承處互成90°方向架設2 塊百分表垂直頂于大軸上，在推力軸瓦受力調整錘擊時的變化值來衡量受力情況[1-2]。

在水導軸承處互成90°架設2 塊百分表的方法，調整時用大錘沿支柱螺栓上升方向打緊，且沿對稱方向打緊支柱螺栓。由于被打螺栓吃勁，其力通過螺栓上方的推力瓦托、推力瓦、鏡板、推力頭、卡環傳至大軸，螺栓在垂直方向上的上升將使大軸產生微小的傾斜，從而使得架設在水導處的百分表發生位移，通過觀察敲擊每塊瓦時百分表的位移量及所有瓦都敲擊后百分表的位移量，來衡量推力軸瓦的受力情況。該方法將敲擊變化量顯示得更直觀，調整精度更高，對鏡板水平影響小，對作業人員的要求不高，且更簡單省時[1]。

3.2 利用水導軸承處百分表作指示的調整方法

（1）在水導軸頸處的4 個連續盤車點上架設4塊百分表，頭尾2 塊表互成90°；并標明4 個盤車點所對應的推力瓦編號（以及對稱方向上的瓦號），如表1。架設4 塊百分表可以讓調整精度更高，更有利于觀察及數據的記錄。

表1 盤車點對應推力瓦號記錄表

（2）將推力支柱螺栓的鎖盤拆出，將大小合適的敲擊扳手卡在支柱螺栓上，調整時用大錘向上升方向打緊支柱螺栓，敲擊扳手時，應使扳手與螺帽之間可靠貼緊。

（3）錘擊時用力均勻（一般以揚錘至一定高度，自由落下來控制，以錘擊時水導處百分表指針來回晃動0.03～0.05 mm 為參考），由于被打螺栓吃勁，就會使大軸在水導處百分表有所位移，每敲擊一塊推力瓦，觀察瓦號對應于水導處的百分表讀數，以敲擊前后指針指數的差值作為數據記錄在表格中。

（4）依次敲擊8 塊推力瓦，敲擊幾圈后（一般為5圈），即初調之后改為對稱敲擊。

（5）要求每打一塊瓦時水導處百分表最大位移量不超過0.01 mm，打完一塊瓦后即打其對稱方向上的瓦，全部瓦打完后，水導處百分表最終變化值應不大于0.01 mm，則推力瓦受力調整合格。

表2 推力瓦受力調整記錄表

表3 推力瓦受力調整記錄表示例

4 結論

隨著我國水力發電事業的發展，越來越多的水輪發電機組將進入“老年期”，檢修質量對機組的安全穩定運行將越來越關鍵，而機組各導軸瓦的間隙及受力的調整又是機組檢修的重中之重，它在很大程度上決定了機組運行時的振動及發熱。因此，不斷對過去的檢修工藝進行實踐、分析、總結、改進、再實踐顯得尤為重要且緊迫，它也將是促進我國水力發電事業持續、健康發展的關鍵因素。