懸式水輪發(fā)電機(jī)組軸線調(diào)整研究

趙海軍 ，王新洪

（1. 水力發(fā)電設(shè)備國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150040；2. 東北林業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，哈爾濱 150040）

0 前言

懸式機(jī)組即發(fā)電機(jī)的推力軸承位于轉(zhuǎn)子上面的上機(jī)架內(nèi)或上機(jī)架上，它把整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分懸掛起來(lái)，軸向推力通過(guò)定子機(jī)座傳向基礎(chǔ)。該結(jié)構(gòu)適用于轉(zhuǎn)速較高機(jī)組（一般在150r/min以上）。目前，隨著涉外機(jī)組項(xiàng)目的增多，懸式機(jī)組占的比重越來(lái)越大，懸式機(jī)組軸系較長(zhǎng)，盤(pán)車(chē)測(cè)量難度大，致使機(jī)組運(yùn)行時(shí)擺度大，對(duì)機(jī)組安全運(yùn)行很不利。

水輪發(fā)電機(jī)組的軸線是由頂軸（或勵(lì)磁機(jī)軸）、發(fā)電機(jī)軸和水輪機(jī)軸等構(gòu)成機(jī)組軸系的旋轉(zhuǎn)幾何中心線。

假設(shè)在機(jī)組回轉(zhuǎn)時(shí)，鏡板摩擦面與發(fā)電機(jī)軸線絕對(duì)垂直，且構(gòu)成軸系的各部分沒(méi)有傾斜或曲折，那么機(jī)組旋轉(zhuǎn)軸線將重合于理論回轉(zhuǎn)中心線。但實(shí)際的情況是，機(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)，二者不會(huì)絕對(duì)垂直，在機(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)，軸線要偏離理論中心線，在軸線上會(huì)產(chǎn)生一定的擺度圓，其直徑就是通常所說(shuō)的擺度。因而產(chǎn)生擺度的原因是鏡板摩擦面與軸線不垂直或軸線本身曲折。

1 軸線測(cè)量調(diào)整

軸線測(cè)量是通過(guò)盤(pán)車(chē)用百分表測(cè)出推力頭、上下導(dǎo)軸承、聯(lián)軸法蘭及水導(dǎo)軸承的擺度值，通過(guò)測(cè)量的數(shù)據(jù)對(duì)軸線產(chǎn)生的原因、大小和方位進(jìn)行分析。處理方法通常采取刮研推力頭與鏡板之間的絕緣墊板或加入銅皮，糾正鏡板摩擦面與軸線、法蘭組合面與軸線的不垂直，將擺度降低到國(guó)標(biāo)GB8564/2003要求的范圍內(nèi)。懸式機(jī)組一般采用電動(dòng)盤(pán)車(chē)工具裝于推力頭上方進(jìn)行盤(pán)車(chē)。

1.1 盤(pán)車(chē)方式

按照動(dòng)力來(lái)源，盤(pán)車(chē)可以分為人力盤(pán)車(chē)、機(jī)械盤(pán)車(chē)和電氣盤(pán)車(chē)三種。

人工盤(pán)車(chē)是用人工推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分，每次轉(zhuǎn)動(dòng)45o，測(cè)量及記錄一次。適用于小容量懸式機(jī)組。

機(jī)械盤(pán)車(chē)是在推力頭上安裝盤(pán)車(chē)工具，以廠房上的橋式吊車(chē)為動(dòng)力，通過(guò)滑輪和鋼絲繩拖動(dòng)機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，每轉(zhuǎn)45°記錄一次，適用于中、小型機(jī)組。

電氣盤(pán)車(chē)是在定子及轉(zhuǎn)子線圈內(nèi)通以直流電，使其產(chǎn)生電磁力，在電磁力的作用下使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。適用于大中型機(jī)組盤(pán)車(chē)前準(zhǔn)備。

1.2 盤(pán)車(chē)準(zhǔn)備工作

（1）在推力頭、導(dǎo)軸承、法蘭及水導(dǎo)軸承處，按逆時(shí)針?lè)较蚍殖砂说确葑骱脴?biāo)記，各部分的對(duì)應(yīng)等分點(diǎn)需在同一垂直平面，并在各測(cè)量部分的X與Y方向各放置一塊百分表。機(jī)組應(yīng)位于中心，鏡板應(yīng)處于水平狀態(tài)，并使各推力瓦受力均勻。

（2）安裝推力頭附近的上導(dǎo)軸承瓦，以便控制主軸徑向位移，瓦與軸的間隙調(diào)整為不大于0.03～0.05mm。

（3）裝設(shè)百分表。發(fā)電機(jī)軸線盤(pán)車(chē)時(shí)，在推力頭、上下導(dǎo)軸承、聯(lián)軸法蘭及水導(dǎo)軸承各層處架設(shè)百分表，每一層相同的高度上沿 X、Y軸各設(shè)一只百分表，作為測(cè)量擺度及相互校核用。

（4）以剛性盤(pán)車(chē)為準(zhǔn)，在鏡板摩擦面外側(cè)放置百分表，測(cè)出上下波動(dòng)值，其值不大于0.2mm。

（5）檢查機(jī)組固定部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分的間隙，間隙內(nèi)應(yīng)無(wú)雜物。

（6）在法蘭或水導(dǎo)軸承處推動(dòng)主軸，百分表指針擺動(dòng)正常，說(shuō)明主軸處于自由狀態(tài)。

1.3 盤(pán)車(chē)測(cè)量

在各百分表處需有人員進(jìn)行測(cè)量數(shù)據(jù)的記錄，當(dāng)發(fā)出“開(kāi)始”命令時(shí)，利用盤(pán)車(chē)工具按機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)發(fā)出“停止”命令時(shí)，準(zhǔn)確地停在各等分的測(cè)點(diǎn)上。為消除外力對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的影響，需再次用手推動(dòng)機(jī)組轉(zhuǎn)軸，驗(yàn)證其是否處于自由狀態(tài)，驗(yàn)證合格后，記錄各百分表的讀數(shù)。按照此方式逐點(diǎn)測(cè)量一圈八點(diǎn)的讀數(shù)，最后檢查第八點(diǎn)的百分表的讀數(shù)是否可以歸“0”值，若不歸“0”值，應(yīng)不得超過(guò)0.05mm。

盤(pán)車(chē)測(cè)量時(shí),一般測(cè)量記錄兩圈的讀數(shù)。擺度計(jì)算時(shí)以第二圈所測(cè)數(shù)值為準(zhǔn)。因?yàn)闄C(jī)組主軸轉(zhuǎn)動(dòng)第二圈時(shí)，推力瓦與鏡面間的油膜比較均勻，擺度測(cè)量值較為準(zhǔn)確。

1.4 盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)優(yōu)化處理方案

按照以往方式，根據(jù)盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)需要繪制擺度曲線圖，然后確定擺度曲線的波峰、波谷位置。根據(jù)波峰、波谷來(lái)確定擺度的大小及方位。

此種方法，費(fèi)事費(fèi)力，并且數(shù)據(jù)太少，數(shù)據(jù)本身含有一定的隨機(jī)誤差，因此計(jì)算的準(zhǔn)確性及可靠性較低。

理論上擺度特性為正弦曲線，但由于測(cè)量表面的質(zhì)量（粗糙度等）影響和測(cè)量誤差等，不可能完全是一條標(biāo)準(zhǔn)的正弦曲線。根據(jù)擺度離散數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，結(jié)合均方誤差理論擬合擺度曲線，消除各種誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。擺度特性幾何關(guān)系如圖1所示。

圖1 擺度特性幾何關(guān)系

其特征方程式：

設(shè)測(cè)得數(shù)據(jù)點(diǎn)為(θi，Ri),i=1, 2, … , n ，現(xiàn)根據(jù)最小二乘原理，求出使式（2）取最小值時(shí)，參數(shù)e、θ0、R0的值。

根據(jù)多元函數(shù)求極值，對(duì)上述方程偏導(dǎo)：

對(duì)以上方程組直接求導(dǎo)數(shù)較困難，先進(jìn)行變量代換，原方程可變換為：

令P=ecosθ0，Q= e sinθ0， 同 時(shí)P2+Q2= e2cos2θ0+ e2sin2θ0=e2，則e=式（2）、（3）可變換為：

將式（5）代入式（6）中，得：

對(duì)上述方程求解，可得出正弦擬合曲線方程式。

擺度最大值為：2A=，θ為最大擺度對(duì)應(yīng)的方位角。

1.5 盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)的整理、分析

通過(guò)上述對(duì)盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)擬合成正弦曲線，并進(jìn)行嚴(yán)密的推導(dǎo)，可確定出機(jī)組軸線的最大擺度值及其方位。

我們用上面改進(jìn)的方法對(duì)回龍電站2號(hào)機(jī)組盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)進(jìn)行了優(yōu)化處理，回龍電站采用懸式機(jī)組，機(jī)組轉(zhuǎn)速750r/min，油浸分塊瓦式導(dǎo)軸承?？ōh(huán)直徑(與軸壓合)348mm，水導(dǎo)至上導(dǎo)距離L=8.615m，剛性定點(diǎn)盤(pán)車(chē)，抱上導(dǎo)瓦4塊，瓦與軸單側(cè)間隙為0.03mm。回龍電站2號(hào)機(jī)組盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)，如表1所示。

根據(jù)上述盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)，繪制水導(dǎo)凈擺度曲線（X方向）如圖2所示。

表1 回龍電廠2號(hào)機(jī)組首次盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)表（X方向） 單位：0.01mm

通過(guò)比較實(shí)際數(shù)值偏離理論值的程度和誤差，對(duì)盤(pán)車(chē)過(guò)程中所測(cè)得的數(shù)據(jù)分析更為明了直觀，如果按照傳統(tǒng)的分析方法，很難求出他們之間存在的誤差量，更重要的是，用最小二乘法為下一步軸線處理指明了更為準(zhǔn)確、精確的方向。

1.6 軸線處理

根據(jù)回龍機(jī)組特點(diǎn)以及縮短檢修工期的目的，采用處理修刮推力卡環(huán)與主軸壓合面的方法處理機(jī)組軸線。

根據(jù)上述盤(pán)車(chē)計(jì)算最大擺度及方位，下導(dǎo)與水導(dǎo)及法蘭最大擺度區(qū)基本一致，故采取整體處理。

由于以上采用整體處理的方法，因此應(yīng)根據(jù)通過(guò)水導(dǎo)處的最大傾斜方位來(lái)判定修磨絕緣的方位。由前面的判定可以知道，水導(dǎo)處的最大傾斜方位是盤(pán)車(chē)點(diǎn)的101.54°，最大磨削量：

δ—卡環(huán)平面修磨量；

D—卡環(huán)上平面與發(fā)電機(jī)軸壓合部分的軸頸尺寸；

Φca—測(cè)點(diǎn)水導(dǎo)軸承處的全擺度；

L—上導(dǎo)測(cè)點(diǎn)至水導(dǎo)測(cè)點(diǎn)的距離；

δ=（0.348×0.4534）/（2×8.615）=0.009mm。

圖 2

處理方法：將卡環(huán)吊至平臺(tái)，拼成整圓，按軸號(hào)找出修刮量最大方位，即為盤(pán)車(chē)點(diǎn)的101.54°。將卡環(huán)劃分成5個(gè)磨削區(qū)，并進(jìn)行分區(qū)編號(hào)，如圖3所示。

修刮工具可用新油石來(lái)進(jìn)行修刮。修刮深度的控制也可憑經(jīng)驗(yàn)按磨削次數(shù)來(lái)掌握，按如圖3所示的尺寸修磨絕緣墊，并用百分表測(cè)量。

圖 3

1.7 盤(pán)車(chē)結(jié)果

經(jīng)采取上述措施處理后，再次盤(pán)車(chē)，盤(pán)車(chē)滿(mǎn)足了機(jī)組檢修規(guī)范DL/T 817-2002的要求，盤(pán)車(chē)結(jié)果如表2。

繪制水導(dǎo)凈擺度曲線（X方向）如圖4所示。

表2 回龍電廠2號(hào)機(jī)組最終盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)表（X方向） 單位：0.01mm

3 小結(jié)

機(jī)組軸線的調(diào)整是機(jī)組安裝過(guò)程中一個(gè)極為重要的環(huán)節(jié), 而且貫穿始終, 其質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通過(guò)上述運(yùn)用最小二乘法優(yōu)化處理懸式三導(dǎo)機(jī)組軸線盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)，可以精確地找到擺度最大方位及最大值，為后續(xù)機(jī)組軸線偏斜調(diào)整指明了正確方向，克服了傳統(tǒng)盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)處理方法的不足。通過(guò)回龍電站的實(shí)例，詳細(xì)論證了軸線偏斜時(shí)的最佳調(diào)整方向和調(diào)整量的計(jì)算，經(jīng)修刮推力卡環(huán)與主軸壓合面的方法處理機(jī)組軸線，工藝簡(jiǎn)單、操作方便，節(jié)約檢修工期，通過(guò)上述方案處理后，機(jī)組運(yùn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)指標(biāo)均達(dá)到了國(guó)標(biāo)GB/T8564-2003的要求。通過(guò)實(shí)踐證明其建立的數(shù)學(xué)模型正確，表明了該方法的可行性和先進(jìn)性，具有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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