大型水輪發(fā)電機(jī)組使用制動(dòng)器頂轉(zhuǎn)子不水平問題探討

何強(qiáng)鋒，陳 媛，何 佳

（中國長江電力股份有限公司，湖北省宜昌市 443002）

0 引言

制動(dòng)系統(tǒng)由制動(dòng)器、油氣管路、手動(dòng)、自動(dòng)控制裝置組成，是水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械部分的重要組成部分[1]，也是機(jī)組大修時(shí)不可缺少的輔助設(shè)備。某大型電站某型機(jī)組制動(dòng)器為油氣分離三腔三活塞形式，布置在轉(zhuǎn)子磁軛下方的12個(gè)水泥支墩上，每個(gè)支墩布置3個(gè)制動(dòng)器[2]。在機(jī)組檢修期間，通過頂轉(zhuǎn)子油泵將高壓油打入制動(dòng)器頂起轉(zhuǎn)子，將機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量轉(zhuǎn)移到制動(dòng)器的缸體上，并傳送到機(jī)坑基礎(chǔ)上。

1 問題發(fā)現(xiàn)

2018～2019年冬季枯水期，該大型水電站26F水輪發(fā)電機(jī)組大修進(jìn)入修后盤車調(diào)整推力頭與轉(zhuǎn)子中心體下法蘭同心度階段。調(diào)整工藝[3]為：

（1）完成盤車前準(zhǔn)備工作，在推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭的外圓處分別架設(shè)百分表。

（2）開起高壓油減載系統(tǒng)，勻速轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子，記錄每個(gè)相應(yīng)標(biāo)記點(diǎn)的百分表讀數(shù)。

（3）計(jì)算推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭的同心度應(yīng)滿足質(zhì)量要求。如不能滿足要求，松開推力頭與轉(zhuǎn)子間的連接螺栓，在推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭間+X、-X、+Y、-Y處分別架設(shè)4塊百分表[5]，并在軸向相對位置架設(shè)百分表，用于監(jiān)視轉(zhuǎn)子頂起過程中推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭在徑向和軸向的相對位置變化情況。

（4）利用制動(dòng)器頂起轉(zhuǎn)子約1mm，根據(jù)盤車數(shù)據(jù)計(jì)算推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭同心度的偏差及方位[6]，利用已經(jīng)架好的百分表精確調(diào)整推力頭，使之與轉(zhuǎn)子下法蘭同心。

（5）調(diào)整完成后，制動(dòng)系統(tǒng)泄壓，落轉(zhuǎn)子于推力頭上，把緊推力頭與轉(zhuǎn)子中心體連接螺栓。

（6）重復(fù)步驟（2）～（5），直至推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭同心度滿足要求。

按上述步驟進(jìn)行調(diào)整推力頭與轉(zhuǎn)子中心體下法蘭同心度時(shí)，發(fā)現(xiàn)幾個(gè)現(xiàn)象：

（1）現(xiàn)象a：上述過程中，檢查各處百分表發(fā)現(xiàn)。頂轉(zhuǎn)子時(shí)，推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭未脫開前，徑向百分表讀數(shù)不變化，脫開后，+X、+Y處百分表讀數(shù)變大0.1mm，-X、-Y處百分表讀數(shù)變小0.1mm。落轉(zhuǎn)子時(shí)，百分表變化情況則相反。

（2）現(xiàn)象b：調(diào)整完成后，落轉(zhuǎn)子于推力頭上之后發(fā)現(xiàn)，-X、-Y方向的下導(dǎo)瓦抱瓦過緊，而+X、+Y方向的下導(dǎo)瓦松動(dòng)。

（3）現(xiàn)象c：在頂轉(zhuǎn)子過程中發(fā)現(xiàn)，+X、+Y方向的制動(dòng)器最先頂起，-X、-Y方向的制動(dòng)器最后頂起，且推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭在+X、+Y方向先脫開。在落轉(zhuǎn)子過程中發(fā)現(xiàn)，+X、+Y方向的制動(dòng)器最先復(fù)歸，-X、-Y方向的制動(dòng)器最后復(fù)歸，且推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭在+X、+Y方向先接觸。

2 現(xiàn)象分析

該臺機(jī)在大修之前運(yùn)行情況良好，上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)最大擺度，各機(jī)架振動(dòng)均符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)[4]。利用修后盤車，測得轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)水平為0.03mm/m，轉(zhuǎn)子直徑19mm，高差為0.57mm。另外轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子180°頂轉(zhuǎn)子，同樣發(fā)生上述現(xiàn)象。然后對制動(dòng)器進(jìn)行檢查，制動(dòng)器復(fù)歸時(shí)，閘板與轉(zhuǎn)子制動(dòng)環(huán)板間隙均勻，頂起后接觸良好，且無制動(dòng)器閘板與轉(zhuǎn)子制動(dòng)環(huán)板、轉(zhuǎn)子制動(dòng)環(huán)板與轉(zhuǎn)動(dòng)部件偏心的情況。因此，可以排除轉(zhuǎn)動(dòng)部件動(dòng)態(tài)水平、轉(zhuǎn)子自身不平衡、制動(dòng)器與轉(zhuǎn)動(dòng)部件不同心的問題。

另外對制動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行分析。結(jié)合圖1制動(dòng)系統(tǒng)連接示意圖看出，制動(dòng)器油管路為單根環(huán)形管路，只在+X、+Y方向之間設(shè)置1個(gè)總進(jìn)油接口，制動(dòng)系統(tǒng)的進(jìn)油排油均需通過這個(gè)接口。

圖1 制動(dòng)系統(tǒng)連接示意圖Figure 1 Schematic diagram of braking system connection

制動(dòng)器分布圓直徑17000mm，數(shù)量36個(gè)，勢必造成制動(dòng)系統(tǒng)管路長，接口多。進(jìn)油時(shí)，高壓油在管路中流動(dòng)時(shí)阻力大，壓力損失大，油壓由總進(jìn)油接口向兩側(cè)逐漸降低；排油時(shí)，越靠近總進(jìn)油接口的制動(dòng)器管路阻力越小，排油更快。因此，產(chǎn)生現(xiàn)象c。

現(xiàn)象c也引起了轉(zhuǎn)子及整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件水平的變化，在徑向方向產(chǎn)生相應(yīng)的軸線傾斜。頂轉(zhuǎn)子時(shí)，+X、+Y方向的制動(dòng)器先頂起，軸線向+X、+Y方向傾斜；落轉(zhuǎn)子時(shí)，軸線向-X、-Y方向回正，并且轉(zhuǎn)子下法蘭與推力頭在+X、+Y方向先接觸，帶動(dòng)推力頭向-X、-Y方向偏移。這也解釋了現(xiàn)象 a、b。

那么使用制動(dòng)系統(tǒng)頂轉(zhuǎn)子使轉(zhuǎn)動(dòng)部分產(chǎn)生多大的水平差值，下面通過試驗(yàn)測量。

3 試驗(yàn)測量

在轉(zhuǎn)子支臂和下機(jī)架之間，分別位于進(jìn)油總管位置及對稱方向各架設(shè)一塊百分表，相距L=6.96m。頂轉(zhuǎn)子過程中，進(jìn)油總管側(cè)百分表讀數(shù)先于對稱側(cè)百分表發(fā)生變化。頂轉(zhuǎn)子保壓，進(jìn)油總管側(cè)百分表讀數(shù)7.18mm，對稱側(cè)百分表讀數(shù)5.54mm，差值Δh1=1.64；鎖定制動(dòng)器并泄壓后，進(jìn)油總管側(cè)百分表讀數(shù)6.21mm，對稱側(cè)百分表讀數(shù)4.5mm，差值Δh2=1.71。

此外，在2019～2020年向家壩7F機(jī)組B修中，同樣出現(xiàn)了使用制動(dòng)器頂轉(zhuǎn)子不水平的問題，經(jīng)檢查也排除了轉(zhuǎn)動(dòng)部件動(dòng)態(tài)水平、轉(zhuǎn)子自身不平衡、制動(dòng)器與轉(zhuǎn)動(dòng)部件不同心的問題，通過相同的試驗(yàn)，求得水平度為0.25mm/m。

通過試驗(yàn)，驗(yàn)證了以上推測，使用制動(dòng)器頂轉(zhuǎn)子確實(shí)使轉(zhuǎn)子水平發(fā)生改變，而且測出具體數(shù)值，并且該現(xiàn)象在大型水輪發(fā)電機(jī)組中具有普遍性。

4 轉(zhuǎn)子不水平帶來的影響

轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件在很多部位的間隙較小，若轉(zhuǎn)子水平較差使軸線傾斜，則有可能引起轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件擠壓、碰撞。設(shè)某間隙部位至轉(zhuǎn)子制動(dòng)環(huán)平面的距離為H，則由轉(zhuǎn)子不水平引起的間隙改變?yōu)棣=Hv，如表1所示。從表中計(jì)算結(jié)果可以看出，轉(zhuǎn)子不水平對上導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承的影響較大，因此在進(jìn)行頂轉(zhuǎn)子作業(yè)時(shí)，要注意上導(dǎo)軸承和水導(dǎo)軸承的檢查和防護(hù)，制定合理的工序規(guī)避轉(zhuǎn)動(dòng)部件和固定部件的擠壓、碰撞。

表1 轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件間隙變化Table 1 Variation of clearance between rotating parts and fixed parts

續(xù)表

5 改進(jìn)設(shè)想

（1）大型混流式機(jī)組的制動(dòng)系統(tǒng)管路長，各種接頭、法蘭較多，系統(tǒng)中的沿程損失和局部損失大。因此可以適當(dāng)?shù)卦黾庸軓剑黾佑土浚瑴p少或優(yōu)化管路上的接頭、法蘭，盡量減少系統(tǒng)壓力的損失。

（2）對制動(dòng)系統(tǒng)管路進(jìn)行改進(jìn)，在進(jìn)油環(huán)形管路上布置兩個(gè)接點(diǎn)（與進(jìn)油總管位置呈90°夾角），使高壓油從對稱兩側(cè)打入制動(dòng)器，在兩側(cè)形成均衡的力量頂起轉(zhuǎn)子，如圖2所示。

圖2 改進(jìn)后的制動(dòng)系統(tǒng)管路Figure 2 Improved brake system pipeline

6 結(jié)束語

本文對使用制動(dòng)器頂轉(zhuǎn)子不水平問題的發(fā)現(xiàn)、分析進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，而且也通過試驗(yàn)測量了由制動(dòng)系統(tǒng)頂轉(zhuǎn)子帶來的水平度變化值，計(jì)算出其對轉(zhuǎn)動(dòng)部件和固定部件影響的具體數(shù)值，最后提出個(gè)人認(rèn)為合理的改進(jìn)建議，希望對遇到過相似問題的工程技術(shù)人員起到一定的借鑒意義。