抽水蓄能機組軸線調整工作探討

李 寧，馬信武，李延豐

（吉林敦化抽水蓄能有限公司機電部，吉林省敦化市 133700）

0 引言

江蘇宜興抽水蓄能電站工程是江蘇省“十五”期間建設的重要能源項目之一，電站位于宜興市西南郊的銅官山區(qū)，距市區(qū)約7km，是一座日調節(jié)純抽水蓄能電站。電站額定發(fā)電水頭363.00m，總裝機容量為4×250MW，安裝4臺可逆式水泵水輪機機組，日均發(fā)電量408.5萬kWh，年發(fā)電量14.9億kWh，年抽水耗電量19.6億kWh，綜合效率0.76。該電站在電網(wǎng)中主要擔負調峰、填谷、調頻、調相和旋轉備用等任務。2008年四臺機組全部投產(chǎn)。

2010年豐滿發(fā)電廠在宜興抽水蓄能電站機組檢修工程中，應業(yè)主方要求對機組軸線進行了檢查并進行了軸線處理調整工作，通過此次契機我廠技術人員與宜興抽水蓄能電站專業(yè)技術人員溝通了軸線調整工作理念，互相交換了意見，完善了軸線調整工作的施工方案，確保了機組軸線調整工作的質量。

1 機組軸線產(chǎn)生擺度的主要原因

（1）機組轉動部分重量不平衡。轉動部分質量不平衡主要指轉子重量不平衡。在進行發(fā)電機轉子組裝時，為使其重量分布均衡，輪環(huán)鐵片的堆積及掛裝磁極都是稱重后對稱配置的，但由于轉子的直徑和重量都很大，往往難以達到平衡。一般還需要通過在機組安裝后的試運行中，進行動平衡試驗與配重處理，才能解決。

（2）電磁干擾力。這主要是由于定子與轉子圓度不好或發(fā)電機轉子中心位置偏差較大造成的氣隙不均勻等原因引起。

（3）主軸軸線不垂直，各部軸承間隙調整不合格，組軸線運轉的空間位置調整不當。

（4）各部軸承不同心，或各部軸承中心位置不對稱。

2 機組軸線檢查的目的

（1）檢查機組加工與安裝質量，如機組的旋轉中心線處于最優(yōu)中心上，機組轉動部分與固定部分的間隙應均勻（如定子與轉子間氣隙、轉輪止漏環(huán)間隙等），以保證機組轉動時不發(fā)生碰撞。

（2）檢查機組各段主軸的加工與連接質量，即主軸法蘭處軸線連接不彎折。

（3）檢查推力軸承與承重機架的加工質量和安裝質量，以保證機組軸線與推力軸承鏡板工作面垂直。

（4）在（2）、（3）聯(lián)合作用下，表現(xiàn)為機組各軸頸和軸法蘭的擺度大小，應符合規(guī)程要求。

3 盤車前的準備工作

（1）推力軸承安裝完畢后，將轉動部分的重量支撐在推力軸承上。

（2）轉動部分與四周間隙基本均勻，包括空氣間隙、止漏間隙等。

（3）安裝X/Y軸線四個方向四塊上導軸瓦，軸瓦間隙0.02mm。

（4）在上導軸頸、下導軸頸、水導軸頸、水泵水輪機和發(fā)電電動機聯(lián)軸法蘭及推力頭處均布標記8個同方位的測量點，并按順時針編號（可根據(jù)實際情況按逆時針編號），在各測量部位+Y、+X方位架設百分表。機組盤車采用人工盤車，機組轉動部分旋轉時，應按逆時針方向（按實際編號的反方向）進行，同時應啟動推力軸承高壓油系統(tǒng)。

4 盤車數(shù)據(jù)整理分析

4.1 擺度圓的繪制

擺度圓的繪制是利用同一測量部位互成90°布置的X、Y方向的兩塊百分表的讀數(shù)，在方格紙上利用坐標關系，繪制軸中心在盤車過程中的運動軌跡的一種方法。擺度圓的圓心為該測量部位的旋轉中心，該圓的直徑即為該測量部位軸的擺度，即百分表在該點的讀數(shù)。通過擺度圓的繪制更能清晰的了解旋轉軸在盤車過程中的運動軌跡（如圖1所示），從而對盤車成果的正確程度做出判斷，以利于改進盤車方法，獲得較為正確的盤車成果。

圖1 主軸旋轉時軸線運動軌跡

4.2 擺度曲線的繪制

（1）進行數(shù)據(jù)整理。根據(jù)盤車時測得的數(shù)值，求出法蘭處和水導處各點的凈擺度。

（2）使用坐標紙，測點號為橫坐標，凈擺度為縱坐標，按比例標出各坐標點，然后將各點連成圓滑的曲線，波峰與波谷的垂距為主軸在該部位最大凈擺度，并計算出該點具體位置。

（3）擺度特性曲線（簡稱擺度曲線）應符合“正弦曲線”的規(guī)律（如圖2所示），對個別誤差較大的讀數(shù)可酌情考慮甚至刪去，這樣從擺度曲線求得的最大擺度值及其方位，其準確度要比向量合成的計算法為高，且易于掌握，故在我廠被廣泛采用。在本次檢修中也應用此方法進行軸線分析。

圖2 擺度特性曲線

4.3 繪制軸線的水平投影圖

由于水輪發(fā)電機組的主軸是由發(fā)電機軸通過法蘭與水輪機軸相連，一般情況由于法蘭的結合存在著曲折，致使發(fā)電機軸法蘭的擺度及其方位與水輪機軸水導處的擺度及其方位不同，為了在一張圖上能同時表示出法蘭與水導處軸的擺度與方位，因此提出了軸線的水平投影圖的問題。

（1）以主軸中心為圓心，分別以法蘭和水導處的最大凈全擺度之半為半徑畫圓。

（2）將圓等分8點注上軸號。

（3）按比例分別標出主軸在法蘭處和水導處最大凈擺度方位，連接各點，所形成的折線即為機組軸線水平投影圖。

4.4 計算軸線的不垂直度

由盤車成果繪制成軸線水平投影圖以后，可了解軸線的傾斜值與方位以及法蘭曲折的情況，并依據(jù)軸線的水平投影圖，通過圖解法求得軸線的不垂直度。

5 發(fā)電電動機與水泵水輪機整體盤車

軸系擺度整體檢查。布置足夠人員分布在轉子下方以推動轉子旋轉，設置各部位測量百分表初始讀數(shù)為零（小針指5，大針指0），啟動推力軸承高壓油泵，旋轉轉子至各測點位置，關閉推力軸承高壓油系統(tǒng)，記錄百分表讀數(shù)，并依次完成所有測點擺度數(shù)據(jù)及回零數(shù)據(jù)的測量。根據(jù)盤車記錄，計算各測量部位擺度（包括集電環(huán)處的擺度），繪制軸線折彎圖，軸系統(tǒng)擺度測量布置如圖3所示。

圖3 機組直度和擺度測量示意圖

6 絕緣墊刮削

6.1 絕緣墊刮削量計算方法

本機組為懸吊式發(fā)電電動機組，水導軸承到鏡板距離L=13450mm，推力頭直徑D=1441mm。

計算公式如下：

式中：Km——水導軸頸處傾斜值；

TJ——水導軸頸處全擺度；

BJ——上導軸頸處全擺度；

T——水導軸頸處凈擺度。

在推力頭絕緣墊上需刮磨厚度的計算公式：

式中：n——刮削量；

D——推力頭直徑；

L——水導軸頸至推力頭距離。

現(xiàn)舉例說明：

上導、水導處百分表測量數(shù)據(jù)如表1～表3所示，以此來計算絕緣墊的刮削厚度n與方位。

表1 原始數(shù)據(jù) mm

表2 各部位的全擺度 mm

表3 水導處凈擺度 mm

由表3可以看出，通過對凈擺度數(shù)據(jù)的分析可以看出最大擺度點在1號點。計算絕緣墊刮削厚度：

即對1號點方位刮墊0.035mm。

圖4 刮削區(qū)分配圖

6.2 絕緣墊刮削方法

刮絕緣墊前應使轉子落在制動器上。拔出推力頭與鏡板的連接銷，然后對稱均勻地松開推力頭與鏡板的連接螺栓，使鏡板落在瓦上，按盤車點的位置用記號明顯表示出刮削的最大擺度點，并做好絕緣墊的安裝編號后抽出絕緣墊。安裝時應嚴格核對原編號，對鏡板、推力頭及絕緣墊的結合面用無水乙醇清洗，無雜物夾入。絕緣墊就位后應檢查起接縫處應無重疊，并將定位銷釘輕輕插入一段，連接螺栓孔及套筒應預裝好。再一次清掃檢查定位銷及螺栓在推力頭組合縫的雜物。然后對稱均勻地利用螺栓拉力將鏡板提起。打入銷釘后，落下轉子再緊一遍各連接螺栓后才可進行盤車。

（1）在平臺上放置絕緣墊，組成一個整圓，設定最大刮削方位點，做好標記。

（2）等分刮削區(qū)。設絕緣墊的最大刮削點為0點，其對稱方向的最小刮削點為8點，連接0點和8點，并將線段8等分，沿7個等分點分別作0～8線段的垂線，則絕緣墊被分成8個刮削區(qū)并分別標出1～8個區(qū)，如圖4所示。

（3）各區(qū)刮削深度計算。各刮削區(qū)的刮削深度分別為n1=n（最大刮削量），n2=7/8n，n3=6/8n，…n7=1/8n，n8=0。

（4）用外徑千分尺測量未刮墊前的厚度，并做好記錄，利用砂紙機和砂紙進行高點打磨刮削并反復用外徑千分尺測量，以免刮削過多。

（5）經(jīng)過反復刮削、測量、修整后，使各刮削區(qū)達到刮削計算值。

（6）刮好墊后，用酒精和白布仔細把絕緣墊擦拭干凈，再用白布繞在鋼板尺上浸酒精后清掃推力頭和鏡板的組合面，然后對號裝入絕緣墊（注意絕緣墊在接縫處不能重疊），插入定位銷，擰緊組合螺絲。

（7）重新盤車檢查，絕緣墊可能要多次刮削，直到擺度符合要求為止。

7 機組中心檢查調整

機組總裝完成后，進行機組中心檢查調整，將轉子1號磁極旋轉至+Y位置，在水泵水輪機底環(huán)下迷宮環(huán)部位均勻標示12個測量點；在推力擋油圈部位均勻標示8個測量點；在定子上對稱標示16個測量點。順時針旋轉轉子，在轉子1號磁極處于0°、30°、60°、…360°時測量水泵水輪機轉輪上下止漏環(huán)間隙，計算轉輪靜態(tài)偏心及旋轉中心偏心，并根據(jù)計算獲得的轉輪旋轉中心偏心值調整轉輪。轉輪中心調整合格后，盤車檢查下述各部位間隙，應滿足圖紙及規(guī)范要求：

（1）測量轉子1號磁極處于逆時針0°及180°時推力擋油圈間隙，計算擋油圈部位靜態(tài)偏心及旋轉中心偏心。

（2）測量轉子1號磁極處于逆時針0°及180°時定子與轉子空氣間隙，計算定子、轉子靜態(tài)偏心及轉子旋轉中心偏心。

（3）以定子鐵芯+Y方向為定點，旋轉轉子，測量磁極上下端空氣間隙，計算轉子圓度。

（4）以轉子1號磁極為定點，旋轉轉子，測量定子圓周16點上下端空氣間隙，計算定子圓度；若定子、轉子空氣間隙不能滿足規(guī)范要求，應對定子中心進行重新調整。

8 機組高程檢查

機組高程調整包括整體軸系高程調整和固定部分（包括定子及上、下機架）高程調整兩部分。

軸系高程調整：測量轉輪上冠、下環(huán)與活動導葉上下抗磨環(huán)的相對高差及轉子1號磁極和1號定子槽上得到n3的測量值進行計算。如果磁力中心線偏離方向，通過調整定子高程和調節(jié)上機架楔形鍵來調整轉動部件的高程，使定子和轉子磁力線中心線偏差符合要求。

下機架高程調整：通過下機架基礎板上楔形鍵進行調整下機架高程。檢查下機架中心、高程、水平符合要求。

9 導軸承間隙調整

機組盤車完成后，根據(jù)各部軸承設計間隙、軸承處軸線偏心及機組中心偏差，計算三部導軸承各抱瓦間隙，并對導軸瓦進行安裝調整。導軸承間隙調整前，在百分表監(jiān)測下，將各導軸承軸頸進行可靠固定，三部導軸承間隙全部調整完成后，測量軸頸至導軸瓦座之間的距離，撤除固定工具。安裝軸承擋油圈、冷卻器、油水氣管路等附件，注入合格透平油。

（1）水導瓦單側間隙確定：

式中：δc——水導瓦調整間隙；

δc0——水導瓦單側設計間隙；

Tc——水導處計算點的凈擺度值。

（2）下導瓦單側間隙確定：

式中：δb——下導瓦調整間隙；

δb0——下導瓦單側設計間隙；

Tb——下導處計算點的凈擺度值。

（3）上導瓦單側間隙按設計間隙調整。

在這里計算導軸瓦間隙宜興抽水蓄能電站采用計算法求的，而我廠多采用中心投影作圖法計算。具體求解方式在本文參考文獻［2］《水輪發(fā)電機檢修》一書中有詳細介紹在這里就不多贅訴，兩種方法相比較，個人認為作圖法的計算方法更加直觀準確。

通過以上的敘述可以有助于讀者分析解決抽水蓄能機組的軸線處理調整問題。通過本次機組檢修工程的軸線調整工作，機組開機運行后震動擺度均得到大幅改善，導軸承瓦溫也相較檢修前有所下降，可以說本次軸線調整工作取得了預期的效果。近年來隨著水輪發(fā)電機組的制造水平的提高，新裝機的機組由于軸線加工精度的提高、導軸承軸瓦設計間隙和較大、軸瓦材料優(yōu)化等原因，對于軸線調整、偏心瓦間隙的布置等概念逐漸淡化，大多數(shù)抽水蓄能電站繼承歐美生產(chǎn)廠商采用瓦間隙均布的方式處理，這極大地簡化了檢修流程，提高了生產(chǎn)效率，但對于機組軸線處理調整的分析方法，我認為不應放棄，應與新技術相結合從而更有效地提高機組運行穩(wěn)定性，這也是筆者在以后參與吉林敦化抽水蓄能電站機組安裝中需要進一步探討研究的方向。

[1] 陳秀芝.水輪發(fā)電機機械檢修.北京：中國電力出版社，2003.

[2] 張誠，陳國慶.水輪發(fā)電機組檢修.北京：中國電力出版社，2012.

[3] 趙海軍，王新洪.懸式水輪發(fā)電機組軸線調整研究.大電機技術，2014（04）.

[4] 陳強.三峽ALSTOM水輪發(fā)電機組軸線調整.中國三峽建設，2003（12）.