軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組的盤車方法

任 鵬

（嫩江尼爾基水利水電有限責(zé)任公司發(fā)電廠，黑龍江 齊齊哈爾161005）

0 引言

水電機(jī)組軸線調(diào)整結(jié)果好壞，對發(fā)電機(jī)磁拉力、各部軸承導(dǎo)瓦受力等均具有重要影響，直接影響機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性。在相關(guān)工程理論中，對混流式機(jī)組的盤車工藝與軸線調(diào)整的理論和應(yīng)用實(shí)例記載較多，而對軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組的盤車工藝與調(diào)整記錄極少。軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分結(jié)構(gòu)較混流式機(jī)組復(fù)雜，結(jié)構(gòu)上存在較大差異，盤車中遇到的難點(diǎn)和處理方法也不盡相同。本文以尼爾基發(fā)電廠2號機(jī)組盤車過程難點(diǎn)分析與處理過程為例，結(jié)合工程實(shí)踐對軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組盤車的難點(diǎn)、要點(diǎn)進(jìn)行闡述，并對曾使用過的不同方法予以對比分析。

1 背景介紹

尼爾基發(fā)電廠位于嫩江干流中段，以防洪、城鎮(zhèn)生活和工農(nóng)業(yè)供水為主，結(jié)合發(fā)電，兼有改善下游航運(yùn)和水環(huán)境，并為松遼地區(qū)水資源的優(yōu)化配置創(chuàng)造條件的大型控制性工程。廠房裝設(shè)4臺(tái)同型號軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)型號ZZA833－LH－640，發(fā)電機(jī)型號SF62.5－56／10850，總裝機(jī)250MW，2006年10月4臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電。尼爾基發(fā)電廠屬東北電力調(diào)度中心直調(diào)電廠，參與并承擔(dān)東北電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻、事故備用、負(fù)荷備用和基荷。機(jī)組結(jié)構(gòu)為半傘式，裝有上導(dǎo)、下導(dǎo)和水導(dǎo)共3部導(dǎo)軸承。因轉(zhuǎn)輪體與大軸連接法蘭滲油及受油器浮動(dòng)瓦磨損嚴(yán)重等問題，2號機(jī)組在2013年12月至2014年3月進(jìn)行了A級大修。

2 軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組盤車原理

軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組較混流式，由于其主軸內(nèi)設(shè)有1組操作油管（見圖1），其盤車分2階段進(jìn)行。第1階段，主軸系盤車。此階段，忽略操作油管系統(tǒng)，只對主軸系設(shè)監(jiān)測分析點(diǎn)，并做相應(yīng)調(diào)整，其基本理論與混流式相同。第2階段，在主軸系盤車合格前提下，開始對操作油管盤車。在操作油管盤車時(shí)，主軸系部分不必再設(shè)點(diǎn)監(jiān)測，只需監(jiān)測分析操作油管即可。

圖1 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分示意圖

根據(jù)水電機(jī)組安裝規(guī)范，對彈性油箱支撐推力軸承，選用彈性盤車較簡單和縮短工期。因此，機(jī)組主軸系選用彈性盤車方法。由于內(nèi)操作油管支撐與下段管連接法蘭由螺栓把緊，近似為剛性支撐，所以，操作油管的盤車采用剛性盤車方法。

2.1 主軸系盤車擺度產(chǎn)生的原因及處理方法

主軸系盤車在推力瓦受力調(diào)整合格后進(jìn)行，此時(shí)盤車可能產(chǎn)生的擺度超標(biāo)原因可排除推力瓦受力不均因素。鏡板和推力頭等在安裝前各參數(shù)均調(diào)整為合格，也可不計(jì)影響。軸與法蘭加工合格可認(rèn)為垂直。此情況下軸系產(chǎn)生擺度的主要原因?yàn)楦鞣侄屋S連接法蘭處未實(shí)現(xiàn)上下完全同心，存在分段軸垂直不夠或兩法蘭錯(cuò)牙中心不一致。一般2個(gè)原因同時(shí)存在，根據(jù)影響權(quán)重不同，應(yīng)以先主后次的原則逐個(gè)處理。

處理軸線傾斜或有較大折線一般采用如下方法：在推力上下2部導(dǎo)瓦抱緊，強(qiáng)迫導(dǎo)瓦處軸豎直后，其傾斜或折線情況就反映到彈性盤車標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的鏡板外緣軸向擺度上。若此軸向擺度不合格，可先按法蘭處設(shè)表讀數(shù)分析法蘭處上下法蘭不同心情況并進(jìn)行處理。處理合格后，在鏡板水平及法蘭上下同心的情況下，鏡板的軸向擺度可利用與連接法蘭位置幾何關(guān)系，將其分解到連接法蘭處，折算為軸線傾斜值，計(jì)算出需要加墊或研磨的位置和數(shù)值。

2.2 操作油管盤車擺度產(chǎn)生的原因及處理方法

操作油管的剛性盤車，在主軸系彈性盤車合格后進(jìn)行。假設(shè)整體條件未變，即推力上下（上導(dǎo)、水導(dǎo)）2部各坐標(biāo)軸上4塊導(dǎo)瓦仍抱緊，在上導(dǎo)處設(shè)2塊百分表監(jiān)測主軸位移，作為內(nèi)操作油管部分?jǐn)?shù)據(jù)分析的基準(zhǔn)，可由之得到由主軸帶來的內(nèi)操作油管擺度值，此部分無法消去。在內(nèi)外操作油管軸線重合并與法蘭面垂直條件下，可假設(shè)外操作油管對應(yīng)下浮動(dòng)瓦處擺度與內(nèi)油管中瓦處擺度一致，且小于中瓦處數(shù)值。即凈擺度反映扣除軸線偏移后單獨(dú)由法蘭面不平造成的擺度，絕對擺度減去凈擺度反映軸線偏移造成的擺度。按數(shù)值特點(diǎn)分別處理軸線偏移和法蘭面不平。

3 軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組盤車工藝與分析

3.1 盤車準(zhǔn)備條件

尼爾基廠2號機(jī)組為半傘式結(jié)構(gòu)，設(shè)有上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)3部導(dǎo)軸承，盤車前須將上、下2部導(dǎo)軸瓦抱軸，軸瓦單側(cè)間隙控制在0.03～0.05mm以內(nèi)。下部軸承可以是發(fā)電機(jī)下導(dǎo)軸承，也可以是水導(dǎo)軸承。一般為檢測發(fā)電機(jī)軸與水機(jī)軸連接后軸系彎折程度，采用水導(dǎo)軸瓦抱軸。

測點(diǎn)分別設(shè)置在內(nèi)操作油管上、中浮動(dòng)瓦處、滑環(huán)、上導(dǎo)軸領(lǐng)、鏡板摩擦面外側(cè)、下導(dǎo)軸領(lǐng)、主軸連接法蘭、水導(dǎo)軸領(lǐng)位置。在各測量面沿圓周均勻8等分，以＋Y方向?yàn)?號，順時(shí)針編號1～8號，如圖2。每個(gè)測量面的－X和＋Y方向分別架設(shè)1塊百分表。

圖2 軸分區(qū)和標(biāo)號示意

3.2 盤車過程和數(shù)據(jù)分析

3.2.1 主軸系盤車

盤車第1圈，得到1組數(shù)據(jù)，為確保數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，決定隨即進(jìn)行第2圈盤車，完成后發(fā)現(xiàn)2次同等條件下的盤車數(shù)據(jù)基本一樣，認(rèn)為測量可靠，并以第2組數(shù)據(jù)為準(zhǔn)計(jì)算鏡板邊緣軸向擺度。數(shù)據(jù)見表1。

表1 鏡板盤車數(shù)據(jù) 0.01mm

計(jì)算絕對擺度見表2。

表2 鏡板軸向全擺度值 0.01mm

按GB 8564—2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》，對液壓支柱式推力軸承，在抱緊推力上、下部導(dǎo)軸承后，對鏡板直徑2.0～3.5m（2號機(jī)組鏡板直徑3.1m），其盤車標(biāo)準(zhǔn)為軸向擺度不大于0.15mm。按表2，－X方向測值計(jì)算和＋Y方向測值計(jì)算結(jié)果基本一致，表明所測數(shù)據(jù)基本正確，數(shù)據(jù)有效。最大鏡板軸向擺度發(fā)生在2點(diǎn)和4點(diǎn)方向0.05mm遠(yuǎn)小于0.15mm，可以認(rèn)為主軸軸線盤車合格，不需調(diào)整。

3.2.2 內(nèi)操作油管盤車

在內(nèi)操作油管上、中浮動(dòng)瓦處分別設(shè)2個(gè)測量平面，每個(gè)面－X和＋Y方向設(shè)2塊百分表測量，以彼此驗(yàn)證。對操作油管第1次盤車數(shù)據(jù)求絕對擺度見表3。

表3 操作油管第1次盤車全擺度值0.01mm

按GB 8564—2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》，具有浮動(dòng)瓦結(jié)構(gòu)的操作油管盤車擺度不得大于0.30mm。據(jù)表3，回裝后的操作油管擺度所有點(diǎn)均大幅超標(biāo)，最小值為1.23mm，需對內(nèi)操作油管作調(diào)整。同時(shí)，以中浮動(dòng)瓦處測點(diǎn)讀數(shù)為基準(zhǔn)，計(jì)算上浮動(dòng)瓦測點(diǎn)對之的凈擺度，分析擺度成因。計(jì)算相對中浮動(dòng)瓦位置的凈擺度見表4。

表4 操作油管第1次盤車凈擺度0.01mm

按表3和表4，以Y方向數(shù)據(jù)為例，發(fā)現(xiàn)上部擺度相對中部擺度接近，沒有較大出入，凈擺度占絕對擺度極小一部分，表明上下一起偏移為擺度主要來源，即主要由內(nèi)操作油管和中操作油管軸線偏移所致，同時(shí)因凈擺度不為0，表明法蘭結(jié)合面不平也是一個(gè)原因，但因數(shù)值較小，為次要原因，暫不考慮，以中浮動(dòng)瓦測點(diǎn)全擺度為依據(jù)調(diào)整操作油管軸線。因現(xiàn)場對平移操作的監(jiān)測與平移本身存在矛盾，即百分表為測量準(zhǔn)確要求被測件不宜劇烈振動(dòng)，而平移需要在松開部分把合螺栓后打擊移動(dòng)，且移動(dòng)后的不同部位螺栓把緊順序和緊度對實(shí)際平移值有較大影響，故實(shí)際平移操作存在較大不確定性，可按實(shí)測最大擺度4點(diǎn)～8點(diǎn)方向，向8點(diǎn)方向平移4～8方向全擺度的一半，即2.02mm，應(yīng)移至小于2mm。同時(shí)，為防止移軸時(shí)，定位止口和螺栓阻擋，按計(jì)劃移軸距離實(shí)測止口尺寸，加工車削到合適尺寸，或?qū)υ菘撞糠謹(jǐn)U孔，移軸時(shí)設(shè)表監(jiān)視。

經(jīng)上述方法移軸和盤車幾次后得到結(jié)果，見表5。

表5 操作油管移軸處理后盤車數(shù)據(jù)0.01mm

據(jù)表5，擺度值大幅減小，表明移軸有效。

計(jì)算全擺度見表6。

表6 計(jì)算全擺度 0.01mm

據(jù)表6，＋Y方向和－X方向計(jì)算結(jié)果相近，表明測量可靠。以＋Y方向數(shù)據(jù)為例分析。上、中位置最大擺度都在1點(diǎn)方向，實(shí)測最大擺度值0.48mm，考慮到實(shí)際最大值不在此8點(diǎn)上可能性更大，且因測量斷面不可能絕對光滑而有測量誤差。理論上應(yīng)求出實(shí)際最大值，可采用做正弦曲線圖或公式擬合方法。但考慮到即便按做圖或公式計(jì)算出理論最大值，但因現(xiàn)場加墊厚度為可選用既定銅皮的整數(shù)倍，且加墊位置為計(jì)算位置附近，因工期等原因無法精確分區(qū)處理，理論準(zhǔn)確值計(jì)算反而不如采用由2套測量數(shù)據(jù)彼此驗(yàn)證而可認(rèn)為準(zhǔn)確的實(shí)測最值方便且實(shí)用，故在本盤車調(diào)試操作中，全部采用實(shí)測絕對擺度的最大值方向數(shù)據(jù)，分析處理。整個(gè)盤車調(diào)整過程，因?qū)嶋H因素忽略不少和偶然因素作用，而帶有一定試驗(yàn)性。為確保加墊對內(nèi)操作油管法蘭結(jié)合面水平具有效用，加減墊須在止口上方，否則可能會(huì)無效。

求得最大加墊厚度后，在法蘭密封面外緣加厚度相近銅片，把緊連接螺栓后盤車試驗(yàn)。經(jīng)幾次調(diào)整，一般即可合格。最后在上、中部擺度合格后，在下浮動(dòng)瓦處操作油管上加設(shè)一測點(diǎn)，得到上中下浮動(dòng)瓦處油管擺度數(shù)據(jù)見表7。

表7 計(jì)算全擺度 0.01mm

2組數(shù)據(jù)基本一致，以＋Y方向數(shù)據(jù)為例。上浮動(dòng)瓦處操作油管實(shí)測最大擺度為0.09mm，中浮動(dòng)瓦處實(shí)測最大擺度為0.13mm，下浮動(dòng)瓦處實(shí)測最大擺度為0.10mm。均小于規(guī)范要求的0.30mm。認(rèn)為操作油管盤車合格。

4 結(jié)語

4.1 應(yīng)用情況

尼爾基電廠2號機(jī)組A級大修中，采用上述彈性與剛性盤車相結(jié)合的方法進(jìn)行了主軸系及操作油管軸線的校核和調(diào)整，現(xiàn)場反映非常好，不僅工藝簡單，計(jì)算速度快捷，精度高，而且提高了盤車效率，縮短了機(jī)組大修的直線工期，收到了很好的效果。

4.2 該盤車方法的優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)GB／T8564—2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》要求：在條件允許時(shí)，彈性推力油箱也應(yīng)按剛性方式盤車檢查機(jī)組軸線各處擺度，同時(shí)也應(yīng)將推力軸承上下部軸瓦抱緊進(jìn)行彈性盤車，檢查鏡板外緣軸向擺度。直接采用上導(dǎo)和水導(dǎo)軸瓦抱軸的彈性盤車方法檢查調(diào)整軸線，其優(yōu)點(diǎn)是操作簡單，無需計(jì)算，從鏡板上測點(diǎn)的軸向擺動(dòng)數(shù)值，能直觀地看出軸線是否合格，這對校核大修前擺度和振動(dòng)良好的機(jī)組的軸線起到事半功倍的作用。

4.3 效益情況

1）經(jīng)濟(jì)效益。節(jié)約機(jī)組安裝、檢修的直線工期至少2天，按尼爾基電廠單機(jī)6.25萬千瓦容量，上網(wǎng)電價(jià)0.387元／kWh計(jì)算，可獲得直接經(jīng)濟(jì)效益2×24×62 500×0.387＝1 161 000元。

2）社會(huì)效益。提前發(fā)電，多為社會(huì)提供優(yōu)質(zhì)廉價(jià)的電能；減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

4.4 推廣價(jià)值

由于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組的特殊結(jié)構(gòu)，尼爾基發(fā)電廠2號水輪發(fā)電機(jī)組采用彈性與剛性盤車相結(jié)合的方法，進(jìn)行了主軸系及操作油管軸線的校核和調(diào)整，收到了很好的效果。該方法工藝簡單，操作方便，而且盤車擺度計(jì)算精確，速度快，對具有同類型機(jī)組的盤車有較大的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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