立式水輪發(fā)電機(jī)組軸線測量和調(diào)整在實(shí)踐中的應(yīng)用

摘要：為解決立式水輪發(fā)電機(jī)組中軸線測量和調(diào)整的問題，通過擺度計(jì)算，先對發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子軸線進(jìn)行測量和調(diào)整，再對發(fā)電機(jī)組整體軸線進(jìn)行測量和調(diào)整，從而快速、精準(zhǔn)地完成軸線調(diào)整，提高檢修效率。

關(guān)鍵詞：立式水輪發(fā)電機(jī)組;機(jī)組軸線;測量;調(diào)整;應(yīng)用

0 引言

立式水輪發(fā)電機(jī)組的軸線是由發(fā)電機(jī)軸、水輪機(jī)軸、中間軸通過推力頭與鏡板將整根軸支承在推力軸承上而組成，各部件在連接過程中會(huì)發(fā)生曲折及偏心，使機(jī)組運(yùn)行中軸線在旋轉(zhuǎn)時(shí)偏離理論旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，致使機(jī)組振動(dòng)加劇、擺度增大，危害機(jī)組的安全運(yùn)行，甚至?xí)苯釉斐蓹C(jī)組損壞。為防止機(jī)組擺度超過允許值，保證機(jī)組安全運(yùn)行，機(jī)組檢修過程中必須嚴(yán)格對機(jī)組軸線進(jìn)行測量和調(diào)整。

1 測量和調(diào)整的具體方法

在立式水輪發(fā)電機(jī)組安裝及檢修過程中，機(jī)組軸線的測量和調(diào)整需要計(jì)算軸線的各種傾斜角，確定不同的折線方向以及各導(dǎo)軸承的偏心圓等，測量和計(jì)算比較復(fù)雜。

為提高檢修效率，結(jié)合多年現(xiàn)場工作實(shí)踐，通過擺度計(jì)算，先對發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子軸線進(jìn)行測量和調(diào)整，再對發(fā)電機(jī)組整體軸線進(jìn)行測量和調(diào)整，可快速、精準(zhǔn)地完成機(jī)組軸線調(diào)整。

將機(jī)組各導(dǎo)軸承連接后先將軸承軸頸8等分（圖1），然后用盤車（有人工盤車和機(jī)械盤車兩種方式）的方式使機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分緩慢旋轉(zhuǎn)，并用測量儀表（百分表或千分表）測出相關(guān)部位擺度值，以分析擺度產(chǎn)生的原因、大小和方式，并通過刮削相關(guān)組合面或在相關(guān)組合面之間相應(yīng)位置加、減墊的方法進(jìn)行軸線調(diào)整。盤車時(shí)在機(jī)組相應(yīng)軸承軸頸處軸線的X方向和Y方向各裝一塊百分表，測量各點(diǎn)數(shù)值后計(jì)算出相應(yīng)軸承處的全擺度和凈擺度[1-2]。

全擺度為同一點(diǎn)測量部位對稱兩點(diǎn)數(shù)值之差，計(jì)算公式為：

？準(zhǔn)=？準(zhǔn)180°-？準(zhǔn)0（1）

式中：？準(zhǔn)為測量點(diǎn)處全擺度讀數(shù)（mm）;？準(zhǔn)180°為測量點(diǎn)處旋轉(zhuǎn)180°時(shí)的擺度讀數(shù)（mm）;？準(zhǔn)0為測量點(diǎn)處未旋轉(zhuǎn)時(shí)擺度讀數(shù)（mm）。

凈擺度為同一測點(diǎn)上、下部位全擺度數(shù)值之差，計(jì)算公式為：

？準(zhǔn)ab=？準(zhǔn)a-？準(zhǔn)b=（2j+e）-e=2j（2）

式中：？準(zhǔn)ab為測量點(diǎn)處凈擺度（mm）;e為徑向位移值（mm）;j為傾斜值（mm）。

機(jī)組軸線各部位組合面的刮削量或加、減墊數(shù)值根據(jù)機(jī)組各部軸長、凈擺度由公式（3）計(jì)算得出：

δ=？準(zhǔn)ab·D/2L（3）

式中：δ為刮削量或加、減墊數(shù)值（mm）;D為組合面直徑（mm）;L為軸長（mm）。

發(fā)電機(jī)軸與推力頭的組合面現(xiàn)場一般通過刮削鏡板絕緣墊的方法調(diào)整機(jī)組軸線，水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸連接的法蘭組合面現(xiàn)場一般通過加、減銅墊的方法調(diào)整機(jī)組軸線。刮削時(shí)，先將鏡板絕緣墊沿?cái)[度最大點(diǎn)的對稱軸線方向平均分為8等分區(qū)域（圖2），用0.5#或者1#砂紙裹住便于操作的方形鐵塊，從垂直最大點(diǎn)軸線方向由外向內(nèi)以楔形坡度逐漸遞減到零進(jìn)行刮削。無論是刮削還是加、減銅墊均在盤車測量計(jì)算所確定的高點(diǎn)處進(jìn)行。

2 測量和調(diào)整實(shí)例分析

某水電廠1#水輪發(fā)電機(jī)組容量為12.5 MW，推力頭直徑為800 mm，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸長3 500 mm，轉(zhuǎn)子軸法蘭直徑725 mm，轉(zhuǎn)子軸法蘭至水導(dǎo)軸頸中心線長4 248 mm，水輪機(jī)軸長4 995.5 mm。該機(jī)組在某次A級檢修中采用人工盤車的方式，用百分表測量擺度，先對發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行單獨(dú)盤車測量和轉(zhuǎn)子軸線調(diào)整。

發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸頸處第一次盤車擺度數(shù)據(jù)（原始數(shù)據(jù)）如表1所示。

取全擺度最大點(diǎn)？準(zhǔn)3-7，由公式（3）進(jìn)行刮削量的計(jì)算：

δ=0.38×800/（2×3 500）≈0.04 mm

傾斜值由公式（2）計(jì)算，即：

j=？準(zhǔn)ab/2=0.38/2=0.19 mm

將鏡板絕緣墊以3-7點(diǎn)為軸線8等分（圖2），因3點(diǎn)高，刮削時(shí)以垂直3-7點(diǎn)軸線由3點(diǎn)向7點(diǎn)各區(qū)域以楔形坡度逐漸遞減到零進(jìn)行刮削，刮削量由0.04 mm逐漸遞減到0 mm。鏡板絕緣墊刮削后盤車擺度數(shù)據(jù)如表2所示。

測出各點(diǎn)數(shù)值后用公式（1）計(jì)算出全擺度？準(zhǔn)如表2所示，可以看出鏡板絕緣墊最高點(diǎn)依然為3-7點(diǎn)方向，但數(shù)值最大為0.035 mm，已經(jīng)滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)下導(dǎo)擺度不大于0.06 mm的要求，機(jī)組轉(zhuǎn)子軸線調(diào)整已結(jié)束。將發(fā)電機(jī)軸與水輪機(jī)軸連接后進(jìn)行整體盤車，調(diào)整機(jī)組軸線。連接水輪機(jī)軸后盤車測量水導(dǎo)軸頸處擺度如表3所示。

由上述計(jì)算結(jié)果可知法蘭高點(diǎn)分別在6、7、8點(diǎn)，由公式（3）計(jì)算加墊量如下：

δ6=0.28×725/（2×4 248）≈0.02 mm

δ7=0.46×725/（2×4 248）≈0.04 mm

δ8=0.28×725/（2×4 248）≈0.02 mm

傾斜值由公式（2）計(jì)算，即：

j=？準(zhǔn)ab/2=0.46/2=0.23 mm

法蘭加墊方位如圖3所示，加墊后盤車測量出水導(dǎo)軸頸中心線處擺度如表4所示。

測出各點(diǎn)數(shù)值后用公式（1）計(jì)算出全擺度？準(zhǔn)如表4所示，可以看出法蘭高點(diǎn)在5、6、7點(diǎn)處，但全擺度最大為0.055 mm，已滿足技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)水導(dǎo)擺度不大于0.25 mm的要求，機(jī)組軸線調(diào)整完畢。在實(shí)際軸線調(diào)整中因存在各折線、偏心及傾斜，調(diào)整過程中的轉(zhuǎn)化量可能會(huì)忽大忽小，因此可能會(huì)出現(xiàn)多次調(diào)試，需要找到實(shí)際變化規(guī)律來進(jìn)行調(diào)整。

該機(jī)型上導(dǎo)軸線因推力頭中線（軸頸）至鏡板長度只有400 mm，其上導(dǎo)擺度較小，已在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，達(dá)到了技術(shù)要求，在整個(gè)軸線調(diào)整中可暫時(shí)忽略。

3 結(jié)語

在立式水輪發(fā)電機(jī)組軸線測量和調(diào)整過程中，先進(jìn)行發(fā)電機(jī)組軸線調(diào)整，再對發(fā)電機(jī)軸與推力頭的組合面進(jìn)行聯(lián)合測量和調(diào)整，與常規(guī)測量方法相比，本文方法速度快、調(diào)整精度高，可廣泛應(yīng)用于中小型立式水輪發(fā)電機(jī)組安裝與檢修的機(jī)組軸線測量與調(diào)整工作。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 劉云.水輪發(fā)電機(jī)故障處理與檢修[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

[2] 陳錫芳.水輪發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)運(yùn)行監(jiān)測與維修[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

收稿日期：2021-07-14

作者簡介：祝庭達(dá)（1977—），男，云南羅平人，電氣工程師，主要從事水力發(fā)電站的運(yùn)行和維護(hù)工作。