沖擊式水輪發(fā)電機(jī)軸線調(diào)整淺析

王志勇，王 勇

（川投田灣河開發(fā)有限公司，四川 成都 610015）

沖擊式水輪發(fā)電機(jī)軸線調(diào)整淺析

王志勇，王 勇

（川投田灣河開發(fā)有限公司，四川 成都 610015）

主要針對亞洲水頭最高、單機(jī)容量最大的沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組在機(jī)組檢修過程中軸線如何調(diào)整進(jìn)行分析、計(jì)算，并對機(jī)組盤車過程中遇到的各種問題進(jìn)行探討、分析、處理，為同類型結(jié)構(gòu)機(jī)組的軸線調(diào)整提供參考。

立軸懸吊沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組；軸線調(diào)整；剛性盤車；彈性盤車；

1 概述

目前亞洲水頭最高，單機(jī)容量最大的沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組是川投田灣河開發(fā)有限責(zé)任公司所屬的金窩電站，該電站采用六噴六折沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組。電站設(shè)計(jì)裝機(jī)容量為2×140M W，選用東方電機(jī)廠生產(chǎn)的水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)型號為C J 610-L-263/6×24，發(fā)電機(jī)型號為S F 140-16/5800，設(shè)計(jì)水頭H=595m，設(shè)計(jì)流量=27m/s，額定轉(zhuǎn)速n=375r/min。發(fā)電機(jī)采用具有上下兩個(gè)導(dǎo)軸承的立軸懸式結(jié)構(gòu)，上下導(dǎo)軸瓦分別采用8塊及12塊支柱螺絲偏心支撐方式的鎢金瓦。推力軸承置于上導(dǎo)軸承上面的油槽內(nèi)，采用雙層瓦加托盤的剛性支撐方式的彈性金屬塑料瓦。水導(dǎo)軸承采用自潤滑筒式瓦，瓦面為巴氏合金。

金窩電站機(jī)組自2008年投產(chǎn)以來，水導(dǎo)瓦瓦面經(jīng)常出現(xiàn)瓦面脫落。經(jīng)咨詢廠家，該瓦瓦面為巴氏合金，嚴(yán)格按工藝進(jìn)行生產(chǎn)，主要是由于安裝過程中，機(jī)組軸線中心不正，導(dǎo)致水導(dǎo)擺度過大，超過國標(biāo)規(guī)定值。為了徹底解決該問題，設(shè)計(jì)單位要求我們進(jìn)行重新盤車，找中心，對軸線進(jìn)行重新調(diào)整。

2 軸線調(diào)整準(zhǔn)備

2.1 機(jī)組盤車裝置的選擇

由于轉(zhuǎn)子其他部分的摩擦阻力與推力軸承的摩擦力相比很小，因此只考慮轉(zhuǎn)子推力軸承與推力瓦的摩擦阻力F/。

已知F/=G·f，式中，G為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動部分重量，單位k N；f為摩擦系數(shù)，（一般彈性金屬塑料瓦f值在0.02～0.03范圍之間）。摩擦力的力臂為轉(zhuǎn)子軸心到摩擦力在轉(zhuǎn)子鏡板平均集中作用點(diǎn)的直徑D，即推力軸承平均直徑。因此摩擦轉(zhuǎn)矩為

M/=F/×D=G·f·D，該機(jī)組參數(shù)為 S F 140-6/5800，將G=3000k N，D=0.75m，f=0.03代人上式中計(jì)算得，摩擦轉(zhuǎn)矩M/=67.5k N·m。

由于機(jī)組廠家分別提供了兩套盤車裝置，一套液壓自動盤車裝置；一套電自動機(jī)械盤車裝置，因此在盤車時(shí)需對兩套盤車裝置進(jìn)行牽引力計(jì)算，以便選擇最好的盤車裝置。

如選擇東方電機(jī)廠生產(chǎn)的液壓自動盤車裝置，該接力器起動推力至少為：

如選擇電動機(jī)作驅(qū)動力，齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩的電自動機(jī)械盤車裝置（山東青州通利電力配件廠生產(chǎn)）盤車，輸出轉(zhuǎn)矩為Mr=100k N·m。該轉(zhuǎn)矩大于M/=67.5k N·m，能滿足盤車需要。

經(jīng)比選，電動盤車裝置簡單、方便，所以優(yōu)選電動盤車裝置。

2.2 盤車前的準(zhǔn)備工作

盤車，是針對軸上的測點(diǎn)，讓主軸逐點(diǎn)轉(zhuǎn)動，用百分表檢查軸線情況的過程。前提條件是推力軸承已經(jīng)安裝并調(diào)整合格，主軸能在中心位置不變的情況下逐次旋轉(zhuǎn)。盤車前的準(zhǔn)備工作包括以下幾點(diǎn)：

（1）推力頭套入前調(diào)整鏡板的水平。在推力瓦面不涂潤滑油的情況下測量其水平偏差應(yīng)在0.02mm/m以內(nèi)。

（2）鏡板和卡環(huán)受力面間隙檢查。將轉(zhuǎn)動部分負(fù)荷交換到推力軸承上后，用0.02mm塞尺檢查卡環(huán)上、下受力面的間隙不能通過，用0.03mm塞尺檢查鏡板與推力頭組合面的間隙不能通過。

（3）水發(fā)聯(lián)軸。隨著制造廠家加工精度的不斷提高，機(jī)組一般采用整體盤車。

（4）轉(zhuǎn)動部分推中心。根據(jù)轉(zhuǎn)動部件與固定部件的設(shè)計(jì)間隙，結(jié)合空氣間隙，綜合考慮移軸方向。

（5）推力軸承受力調(diào)整。采用錘擊抗重螺釘?shù)姆椒ㄕ{(diào)整剛性支撐推力軸承的受力時(shí)，在水導(dǎo)軸承X、Y方向處，用百分表監(jiān)視大軸，錘擊力應(yīng)使大軸平均約有0.02mm的傾斜，并在打完最后一圈受力后，X、Y方向百分表讀數(shù)回“0”。

（6）測量轉(zhuǎn)動部分最小間隙。在水導(dǎo)軸承處采用螺旋千斤頂推軸測量轉(zhuǎn)動部分與固定部分的最小間隙，保證最小單邊間隙不小于1.5mm，滿足盤車基本要求，否則將最小間隙處的固定部件拆出，然后盤車。

（7）分盤車點(diǎn),架設(shè)百分表。在鏡板、上導(dǎo)軸頸、下導(dǎo)軸頸、法蘭、水導(dǎo)軸頸處分五層架設(shè)百分表。每一層均應(yīng)在相同的高度上，沿X、Y軸線各設(shè)一支百分表。就不同層次而言，上下的百分表應(yīng)對正，處于同一鉛垂平面內(nèi)，如都在+X或+Y軸方向上。

（8）固定主軸旋轉(zhuǎn)中心。對稱或全部抱緊距離推力頭最近的上導(dǎo)瓦，瓦間隙0.02mm～0.03mm。

（9）旋轉(zhuǎn)法測量鏡板水平。在推力頭外環(huán)上平面安設(shè)框式水平儀，測量鏡板水平。

（10）測量鏡板端面跳動量。在推力軸承座上架設(shè)垂直鏡板的百分表，測量鏡板軸向擺度值（端面跳動量）。

（11）檢查軸自由狀態(tài)。在水導(dǎo)軸承處，用手推動主軸，在沒抱上導(dǎo)瓦前，百分表全擺度在1mm左右。在抱上導(dǎo)瓦后，百分表全擺度在0.30mm左右，表明主軸處于自由狀態(tài)。

（12）安裝盤車裝置。

（13）潤滑瓦面。頂轉(zhuǎn)子，在鏡板與推力瓦面、軸頸與上導(dǎo)瓦面涂抹透平油。

（14）啟動盤車裝置旋轉(zhuǎn)主軸，停點(diǎn)讀數(shù)。按照機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向緩慢轉(zhuǎn)動，并在各測點(diǎn)準(zhǔn)確停止，解除盤車裝置傳動力和外力的影響，然后通知各百分表監(jiān)護(hù)人員記錄讀數(shù)，如此逐點(diǎn)測出旋轉(zhuǎn)一圈八點(diǎn)的讀數(shù)。

2.3 剛性盤車（只抱上導(dǎo)瓦）過程中遇到的問題及處理方法

該電站機(jī)組盤車時(shí)，優(yōu)先使用的是電動機(jī)作驅(qū)動力，齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩的電自動機(jī)械盤車裝置（山東青州通利電力配件廠生產(chǎn)）盤車。此盤車裝置主要由機(jī)架、驅(qū)動電機(jī)、減速機(jī)構(gòu)、連軸機(jī)構(gòu)、離合機(jī)構(gòu)等5部分組成。機(jī)架安裝在發(fā)電機(jī)推力油槽上，連軸機(jī)構(gòu)安裝在發(fā)電機(jī)軸上端頂部。準(zhǔn)備完畢后，起動電自動機(jī)械盤車裝置，主軸卻無法轉(zhuǎn)動。經(jīng)多次調(diào)整該機(jī)構(gòu)，仍然無法轉(zhuǎn)動。然后，選用液壓油泵作驅(qū)動力，齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩的液壓自動機(jī)械盤車裝置（東方電機(jī)廠生產(chǎn)）盤車。此盤車裝置主要由油泵、接力器傳動機(jī)構(gòu)、短軸及中心齒輪等4部份組成。接力器傳動機(jī)構(gòu)和油泵安裝在推力軸承風(fēng)罩上，短軸安裝在發(fā)電機(jī)軸頂部，中心齒輪套在短軸上。起動液壓自動機(jī)械盤車裝置，油泵壓強(qiáng)達(dá)到18M P a時(shí)，主軸才開始旋轉(zhuǎn)。

2.3.1 出現(xiàn)的問題

（1）起動轉(zhuǎn)矩大。說明轉(zhuǎn)動部分不止存在推力軸承摩擦阻力，還存在其它摩擦阻力。

（2）鏡板端面跳動量超標(biāo)。鏡板軸向下沉量0.12mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過技術(shù)規(guī)范要求，說明推力軸承除承受轉(zhuǎn)動部分的重力外，還承受其它軸向力，導(dǎo)致鏡板下沉。

（3）主軸出現(xiàn)傾斜現(xiàn)象。盤車時(shí)，推力頭徑向偏移0.8mm，水導(dǎo)軸頸徑向偏移1.5mm，且方向相板，說明主軸已經(jīng)傾斜，不是懸吊自由狀態(tài)。

（4）鏡板旋轉(zhuǎn)水平度超標(biāo)。旋轉(zhuǎn)水平最大值為0.14mm/m，盤車前水平為0.02mm/m，說明鏡板已經(jīng)傾斜。

（5）鏡板X表擺度始終為負(fù)值。說明鏡板存在平面位移。

（6）X、Y表盤車數(shù)據(jù)最大值及方位差別大。說明主軸不是在懸吊自由狀態(tài)下測得數(shù)據(jù)，此盤車數(shù)據(jù)無效。

（7）X、Y表起始點(diǎn)不能回零。說明主軸存在傾斜或平面位移現(xiàn)象。

2.3.2產(chǎn)生的原因分析

經(jīng)分析，在盤車過程中，主軸存在傾斜和平面位移現(xiàn)象，而且起動轉(zhuǎn)矩很大，出現(xiàn)以上問題的原因是：

（1）由于兩套盤車裝置的受力點(diǎn)都作用在發(fā)電機(jī)軸頂部，而且液壓盤車裝置是單點(diǎn)受力，所以當(dāng)起動盤車裝置時(shí)，主軸極易產(chǎn)生傾斜與平移現(xiàn)象。

（2）經(jīng)詳細(xì)檢查，轉(zhuǎn)輪上面的擋水筒與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪聯(lián)接法蘭的最小單邊間隙為1.5mm，而且水發(fā)聯(lián)軸后軸系長達(dá)13.7m，因此當(dāng)主軸產(chǎn)生傾斜時(shí)，擋水筒內(nèi)壁與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪聯(lián)接法蘭極易產(chǎn)生較大摩擦力，這是產(chǎn)生牽引力變大的主要原因。

（3）由于固定旋轉(zhuǎn)中心的上導(dǎo)瓦距離鏡板1.77m，距離盤車裝置3.47m，所以在盤車停點(diǎn)時(shí)，當(dāng)主軸已經(jīng)產(chǎn)生傾斜后，極不易回到自由懸吊狀態(tài)。

（4）在推力瓦面涂抹透平油落下轉(zhuǎn)子后，當(dāng)再次頂起轉(zhuǎn)子時(shí)，發(fā)現(xiàn)瓦面透平油已經(jīng)全部被擠出，所以盤車裝置起動轉(zhuǎn)矩很大。

2.3.3 采取的處理措施

為了控制主軸傾斜與平面位移，采取了以下措施：

（1）拆出擋水筒，防止主軸轉(zhuǎn)動時(shí)，水機(jī)主軸法蘭與擋水筒內(nèi)壁接觸而產(chǎn)生較大摩擦力。

（2）彈性盤車，對稱同時(shí)抱緊上導(dǎo)瓦（瓦隙0.03mm）與下導(dǎo)瓦（瓦隙0.05mm），控制盤車時(shí)主軸傾斜與平面位移量。

（3）推力與導(dǎo)軸瓦面改涂抹凡士林潤滑，提高潤滑效果，減小摩擦力。

（4）盤車點(diǎn)停位后，松開下導(dǎo)瓦，頂起、落下轉(zhuǎn)子，水導(dǎo)處晃動主軸，使主軸在自由懸吊狀態(tài)下讀數(shù)。

（5）盤下一點(diǎn)時(shí)，再次抱緊下導(dǎo)瓦（瓦隙0.05mm），重復(fù)步驟（4），依次盤完剩下各盤車點(diǎn)。

采取以上措施后彈性盤車,兩套盤車裝置都能轉(zhuǎn)動主軸，液壓自動盤車裝置油泵起動壓強(qiáng)5M P a，在轉(zhuǎn)動過程中，油泵壓強(qiáng)為2M P a左右，X、Y表盤車數(shù)據(jù)最大值及方位一致,起始點(diǎn)基本能回零。經(jīng)電自動盤車裝置（輸出轉(zhuǎn)矩M r=100k N·m）校核，盤車數(shù)據(jù)一致。在機(jī)組推力頭與鏡板之間加墊前盤車數(shù)據(jù)（+X方位）見表1：

表1 加墊前盤車數(shù)據(jù)（+X方位）0.01mm

3 軸線調(diào)整

3.1 判定軸線是否合格

金窩電站機(jī)組推力頭外徑D=1.99m，法蘭外徑d=1.49m，發(fā)電機(jī)軸長L1=8.1m，法蘭到水導(dǎo)瓦中心距離L2=2.6m，法蘭到上導(dǎo)瓦中心距離L3=6.33m，下導(dǎo)瓦中心至上導(dǎo)瓦中心距離L4=4.7m，下導(dǎo)瓦中心至鏡板距離L5=6.5m，允許的全擺度如下：

技術(shù)規(guī)范規(guī)定：轉(zhuǎn)速在250r/min～600r/min以內(nèi)的機(jī)組，水導(dǎo)軸承處的絕對擺度值不超過0.25mm。實(shí)測的最大值為：

由此判定該軸線不符合要求。

3.2 根據(jù)軸線圖,分析主軸傾斜折彎情況

機(jī)組實(shí)際軸線的傾斜情況,由不同部位凈擺度的最大值畫出平面投影圖來表示。凈擺度最大值及方位計(jì)算公式如下：

T1和T2為相鄰兩個(gè)方向的凈擺度值，而且T1＞T2，T為凈擺度最大值,β為T與T1之間夾角。

（1）法蘭-上導(dǎo)Φc a凈擺度最大值及方位：

（3）下導(dǎo)-上導(dǎo)Φb a凈擺度最大值及方位：

（4）機(jī)組實(shí)際軸線在水平面上的投影見圖1:

3.3 軸線調(diào)整加墊的數(shù)量和方位

從圖1看，機(jī)組軸線是傾斜的折線，但發(fā)電機(jī)軸與水輪機(jī)軸都斜向同一側(cè)，可以選擇加銅墊整體處理的方法。

（1）由圖1知,軸線向外傾斜的最大值為

（2）由（1）知,加墊厚度為

（3）由圖1知,軸線向外傾斜的最大值方位為

（4）以下導(dǎo)凈擺度最大值計(jì)算,加墊厚度為

由（2）（3）（4）知，將法蘭和水導(dǎo)軸心調(diào)整到軸線雙擺度允許范圍內(nèi)，最大點(diǎn)需加墊0.07mm，但單獨(dú)將下導(dǎo)軸心調(diào)整到軸線雙擺度允許范圍內(nèi)，最大點(diǎn)只需加墊0.04mm。所以為了同時(shí)將下導(dǎo)、法蘭和水導(dǎo)軸心調(diào)整到軸線雙擺度允許范圍內(nèi)，按照“加小刮大“的原則，應(yīng)在鏡板與推力頭2點(diǎn)偏3點(diǎn)23.190，加墊0.06mm。

加墊分七區(qū)，加墊厚度分別為0.06mm、0.05mm、0.04mm、0.03mm、0.02mm、0.01mm、0mm。加墊分區(qū)見圖2，加墊后盤車數(shù)據(jù)（+x方位）見表2，機(jī)組軸線各部位絕對擺度已經(jīng)符合GB/T8564-2003技術(shù)要示。

表2 加墊后盤車數(shù)據(jù)（+X方位） 0.01mm

4 結(jié)語

該機(jī)組經(jīng)本次盤車軸線調(diào)整后.按規(guī)定進(jìn)行空轉(zhuǎn)運(yùn)行、過速試驗(yàn)、甩負(fù)荷試驗(yàn)、帶負(fù)荷試驗(yàn)，機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,瓦溫、振擺都雙雙明顯下降。經(jīng)過3個(gè)月滿負(fù)荷運(yùn)行后檢查，機(jī)組瓦溫、振擺仍然保持穩(wěn)定，遠(yuǎn)比軸線調(diào)整前大大減下，水導(dǎo)瓦瓦面沒有出現(xiàn)脫落現(xiàn)象，機(jī)組始終保持安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。軸線調(diào)整過程中論述的盤車工藝流程及方法，以及在遇到主軸傾斜、平面位移及起動轉(zhuǎn)矩大等問題的處理上，值得同類型機(jī)組軸線調(diào)整借鑒。

[1]GB/T 8564-2003.水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].

[2]林亞一.水輪發(fā)電機(jī)組的安裝與檢修[M].北京：中國水利水電出版社.

TK 735

B

1672-5387（2013）01-0027-05

2012-07-15

王志勇（1975-）男，助理工程師，從事水電站安裝檢修維護(hù)工作。