立軸半傘式水輪發(fā)電機(jī)彈性盤車工藝研究

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在水電站新機(jī)組的安裝和老機(jī)組的檢修時(shí)，由于存在制造和安裝的誤差，有可能引起機(jī)組軸線不同程度的傾斜。因此水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分組裝后，軸線和鏡板水平經(jīng)過初步調(diào)整，在推力軸承各瓦受力較均勻的條件下，對機(jī)組進(jìn)行盤車，對導(dǎo)軸承、法蘭、集電環(huán)等處進(jìn)行測量以檢查軸線的傾斜度是否符合要求并予以調(diào)整。軸線調(diào)整質(zhì)量的優(yōu)劣將會(huì)直接影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，而水輪發(fā)電機(jī)組軸線的測量都是通過對機(jī)組盤車來進(jìn)行的[1～4]。

隨著彈性油箱的推廣，機(jī)組彈性盤車方法得到了應(yīng)用，由于具體結(jié)構(gòu)差異，彈性盤車方法也有所不同。該方法的特點(diǎn)是機(jī)組軸線處于強(qiáng)迫垂直狀態(tài)，而剛性盤車機(jī)組軸線則處于自由狀態(tài)。魯?shù)乩娬景l(fā)電機(jī)為法國阿爾斯通(ALSTOM)設(shè)計(jì)制造，其彈性油箱利用液壓連通原理使各推力瓦垂直度、水平度保持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，從而減小機(jī)組振動(dòng)、擺度，保證機(jī)組安全正常運(yùn)行。彈性油箱內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定了機(jī)組盤車時(shí)只能進(jìn)行彈性盤車。彈性油箱承受著軸向推力負(fù)荷，推力瓦由彈性油箱支承，彈性油箱對整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件起自平衡調(diào)整作用，其調(diào)整能力在一定范圍內(nèi)隨受力不均勻的增大而增大。彈性油箱對鏡板與軸線間不垂直及沿半徑方向軸向力起自平衡作用。

1 機(jī)組主要參數(shù)

魯?shù)乩娬狙b設(shè)6臺(tái)單機(jī)容量為360 MW的水輪發(fā)電機(jī)組。水輪機(jī)由東方電機(jī)制造供貨，采用混流式；發(fā)電機(jī)為阿爾斯通制造供貨，采用立軸半傘式結(jié)構(gòu)。發(fā)電機(jī)立軸采用三段軸結(jié)構(gòu)，即上端軸、轉(zhuǎn)子中心體、下端軸；機(jī)組共設(shè)4部軸承，分別為上導(dǎo)軸承、推力軸承、下導(dǎo)軸承及水導(dǎo)軸承。其中，上導(dǎo)軸承采用14塊巴氏合金瓦，推力軸承在彈性油箱上采用18塊氟塑料瓦，下導(dǎo)軸承采用12塊巴氏合金瓦，水導(dǎo)軸承采用20塊巴氏合金瓦。

水輪機(jī)軸長為4 920 mm，直徑為2 100 mm，發(fā)電機(jī)整個(gè)軸系長為10 828 mm；上導(dǎo)至鏡板距離為4 421 mm，下導(dǎo)至鏡板距離為2 384 mm，水導(dǎo)至鏡板距離為9 132 mm，鏡板直徑為4 125 mm。

2 盤車準(zhǔn)備工作

機(jī)組盤車前，應(yīng)調(diào)整并固定好定子及下機(jī)架；以水輪機(jī)上、下迷宮間隙與發(fā)電機(jī)空氣間隙為基準(zhǔn)，分別調(diào)整機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸位，使上、下迷宮間隙與發(fā)電機(jī)空氣間隙在規(guī)范范圍內(nèi)。盤車后，應(yīng)調(diào)整并固定轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)軸及轉(zhuǎn)輪中心位置。

在機(jī)組盤車前，將水導(dǎo)軸承、上導(dǎo)和下導(dǎo)軸承、法蘭處、推力頭及鏡板圓周面清掃干凈，檢查無高點(diǎn)；旋轉(zhuǎn)部件與固定部件間隙處應(yīng)無雜物。在上導(dǎo)、下導(dǎo)、法蘭及水導(dǎo)軸頸圓周均勻做好8 個(gè)盤車點(diǎn)，每個(gè)測點(diǎn)必須在同一軸線(同一方位角度)上，測點(diǎn)序號為機(jī)組未轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的序號，各部位測點(diǎn)對應(yīng)一致。上、下、水導(dǎo)軸承及法蘭4處在+ Y 與+X 方位分別架設(shè)一塊量程為10 mm的百分表，百分表均對準(zhǔn)5.00 mm處。

每個(gè)導(dǎo)軸承選用4塊瓦作為支承，為了使瓦不致與軸抱的太緊，又不能離軸太遠(yuǎn)，因此瓦與軸之間的間隙最好是0.02～0.05 mm。太緊軸不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，太松則在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中軸可能會(huì)發(fā)生徑向運(yùn)動(dòng)。

除按剛性盤車常規(guī)布置外，彈性盤車須在鏡板外緣設(shè)水平和垂直2個(gè)測點(diǎn)。水平測點(diǎn)設(shè)在鏡板外緣圓周面，垂直測點(diǎn)設(shè)置在鏡板上平面最大直徑處，測量方位須和上下法蘭測點(diǎn)相一致。垂直數(shù)值反映鏡板軸向跳動(dòng)的值(軸線與鏡板為垂直情況下)，水平測點(diǎn)是檢查盤車過程中鏡板有無發(fā)生過大的中心位移。

3 盤車工藝

3.1 盤車方式

通常情況下，國內(nèi)水電站盤車方式主要有人工盤車、機(jī)械盤車及電動(dòng)盤車。人工盤車是指靠人力推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)部件進(jìn)行盤車；機(jī)械盤車是將盤車架固定在推力頭或端軸上，利用人力或橋機(jī)、鋼絲繩、滑輪等使機(jī)組旋轉(zhuǎn)進(jìn)行盤車；電動(dòng)盤車分兩類，一類是在定子、轉(zhuǎn)子繞組中通直流電，從而驅(qū)使機(jī)組旋轉(zhuǎn)而盤車；另一類則為電動(dòng)盤車裝置，主要是螺旋軸電動(dòng)盤車裝置，由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、小齒輪、大齒輪、嚙合齒輪、螺旋軸、盤車齒輪、保險(xiǎn)銷、手柄等組成，嚙合齒輪內(nèi)表面銑有螺旋齒與螺旋軸相嚙合，嚙合齒輪沿螺旋軸可以左右滑動(dòng)。

當(dāng)需要投入盤車時(shí)，先拔出保險(xiǎn)銷，推手柄，手盤電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸器直至嚙合齒輪與盤車齒輪全部嚙合。當(dāng)手柄被推至工作位置時(shí)，行程開關(guān)接點(diǎn)閉合，接通盤車電源，電動(dòng)機(jī)起動(dòng)至全速后，帶動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行盤車。

魯?shù)乩娬靖鶕?jù)機(jī)組實(shí)際結(jié)構(gòu)，選擇采用阿爾斯通提供的電動(dòng)盤車裝置作為盤車工具。

3.2 盤車方法

魯?shù)乩娬就屏S承由彈性油箱、推力瓦支撐、推力瓦、推力頭、鏡板等組成，彈性油箱利用液壓連通原理，具有自調(diào)均衡性能，各瓦之間的不均勻負(fù)荷通過油壓平衡,運(yùn)行時(shí)各瓦之間的不均勻負(fù)荷由彈性油箱均衡，以使各瓦受力均勻；推力軸承總負(fù)荷約為2 324 t，其結(jié)構(gòu)見圖1。取決于推力軸承的結(jié)構(gòu)，魯?shù)乩娬颈P車采用的是彈性盤車方法，即抱兩道瓦進(jìn)行另一導(dǎo)軸承的盤車方法。

(1) 水導(dǎo)軸承的盤車。對稱抱緊4 塊上、下導(dǎo)瓦, 將導(dǎo)瓦的間隙控制在0.02 mm左右，對導(dǎo)瓦面涂潔凈透平油。利用高壓油頂起油泵將轉(zhuǎn)子頂起至制動(dòng)器上，在推力瓦面涂好干凈豬油或?qū)Ｓ帽P車油；落下轉(zhuǎn)子，開始盤車。為保證讀數(shù)的準(zhǔn)確，先空轉(zhuǎn)一圈，到第二圈時(shí)記錄下上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)及推力軸承鏡板處每個(gè)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)，每個(gè)測點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)分點(diǎn)停位，每個(gè)測點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄完成后，再啟動(dòng)盤車裝置進(jìn)行下一測點(diǎn)的記錄。

圖1 推力軸承結(jié)構(gòu)示意

以魯?shù)乩娬?號機(jī)組為例，抱上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承進(jìn)行水導(dǎo)盤車的各部位測點(diǎn)百分表讀數(shù)見表1。

(2) 上導(dǎo)軸承的盤車。對稱抱緊4 塊水導(dǎo)、下導(dǎo)瓦, 將導(dǎo)瓦的間隙控制在0.02 mm左右，方法同上。抱水導(dǎo)、下導(dǎo)軸承進(jìn)行上導(dǎo)盤車的各部位測點(diǎn)百分表讀數(shù)見表2。

表1 水導(dǎo)盤車時(shí)擺度記錄值(第1次) 0.01 mm

4 數(shù)據(jù)分析及調(diào)整

通過對表1中數(shù)據(jù)的分析，可以得出水導(dǎo)全擺度為：φ1-5=8.5,φ2-6=9，φ3-7=2,φ4-8=-4，凈擺度φdb1-5=7.5,φdb2-6=9,φdb3-7=3，φdb4-8=-4，軸線的傾斜量J是凈擺度的一半，即：J=1/2φdb。由計(jì)算可知，水導(dǎo)處的軸傾斜小于0.02 mm/m的規(guī)范要求。表2中的數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，上導(dǎo)全擺度為：φ1-5=1,φ2-6=13，φ3-7=21,φ4-8=7，凈擺度φab1-5=1,φab2-6=13,φab3-7=20，φab4-8=6，J最大值為0.023 mm/m，大于0.02 mm/m的規(guī)范要求，且在3-7處，大值在3點(diǎn)。

根據(jù)上述計(jì)算分析結(jié)果，上導(dǎo)處軸線不滿足要求，需要對轉(zhuǎn)子及推力頭連接處進(jìn)行加墊處理，加墊厚度Δ=Dφab /2L。式中D為鏡板直徑，L為下導(dǎo)軸承至上導(dǎo)軸承距離，根據(jù)計(jì)算，Δ=0.06 mm，加墊位置為3點(diǎn)。

加墊完成后，再次分別對上導(dǎo)及水導(dǎo)進(jìn)行盤車，盤車數(shù)據(jù)見表3和表4。同時(shí)，為保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在每次讀取測點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，對鏡板水平進(jìn)行測量。

表2 上導(dǎo)盤車時(shí)擺度記錄值(第1次) 0.01 mm

表3 上導(dǎo)盤車時(shí)擺度記錄值(第2次) 0.01 mm

表4 水導(dǎo)盤車時(shí)擺度記錄值(第2次) 0.01 mm

上述數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果表明，上導(dǎo)相對擺度為0.011 3 mm/m，水導(dǎo)相對擺度為0.005 5 mm/m，鏡板跳動(dòng)最大為0.06 mm，均滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

此外，在盤車過程中需要注意的是，實(shí)際盤車的結(jié)果+X、+Y的數(shù)據(jù)可能會(huì)存在一定誤差，但計(jì)算得出的全擺度、凈擺度在方向上應(yīng)該相同，尤其是最大值的方向應(yīng)該相同。如果兩邊的數(shù)據(jù)互相矛盾，傾斜的方向都不一致，就無法判定軸線的實(shí)際情況，更無從著手進(jìn)行調(diào)整了。造成這種現(xiàn)象的常見原因如下。

(1) 推力軸瓦或鏡板水平度不符合要求或受力不均勻，這是指盤車中的實(shí)際情況。盤車過程中多次頂起再放下轉(zhuǎn)子，有可能破壞了事先對推力軸瓦的調(diào)整精度；轉(zhuǎn)子的偏重也可能會(huì)引起推力軸瓦的水平度和受力情況發(fā)生變化，尤其是在反復(fù)受力及放松以后更容易表現(xiàn)出來。

(2) 推力頭與鏡板的連接不良。盤車過程中為了加墊調(diào)整，會(huì)多次拆、裝鏡板和推力頭。按要求，每次都必須用無水酒精清洗干凈并用白布擦拭后，再按原有位置組裝，而且必須正確地?cái)Q緊所有的連接螺栓。操作中稍有不慎就會(huì)造成連接不良，以及鏡板工作面不能組裝到位，這些將使軸線傾斜而引起人為誤差，兩排百分表的測量就會(huì)不吻合。

5 結(jié) 語

對機(jī)組主軸軸線的測量,是為了檢查主軸軸線與鏡板摩擦面、法蘭組合面與主軸軸線的不垂直度,通過對有關(guān)組合面進(jìn)行處理,可使各部擺度符合規(guī)定。根據(jù)盤車擺度數(shù)據(jù)計(jì)算軸線的偏心量，以進(jìn)行導(dǎo)軸瓦的間隙調(diào)整,可以確保各部軸瓦溫升均勻。

機(jī)組盤車是機(jī)組安裝后期最重要的一項(xiàng)工作，機(jī)組大修以后也必須經(jīng)過盤車。機(jī)組軸線的好壞可以綜合反應(yīng)安裝工程的質(zhì)量，更會(huì)直接影響到機(jī)組今后的運(yùn)行。魯?shù)乩娬镜膹椥员P車方式易于現(xiàn)場操作，數(shù)據(jù)真實(shí)有效，更能有效地檢驗(yàn)機(jī)組軸線，可為目前大型立軸半傘式機(jī)組的彈性盤車提供有益的借鑒和指導(dǎo)。

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] 劉文清.最新水利水電機(jī)電安裝工程施工工藝與技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)用手冊[M].合肥：安徽文化音像出版社,2006.

[3] 楊 云．水輪發(fā)電機(jī)組盤車數(shù)據(jù)分析中的信息分離[J]．人民長江，2003，34(10)．

[4] GB/T8564-2003.水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].