泰山抽水蓄能電站1號機(jī)組軸線分析調(diào)整

趙曉東，張西克，張印玲

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司檢修分公司，北京市 100068；2.山東泰山抽水蓄能電站有限責(zé)任公司，山東省泰安市 27100 ）

1 概述

所謂機(jī)組的軸線就是旋轉(zhuǎn)大軸的幾何中心線，由上端軸、發(fā)電機(jī)軸、水輪機(jī)軸等組成。軸線調(diào)整工作是機(jī)組在安裝和檢修工作中很重要的一項(xiàng)內(nèi)容。軸線質(zhì)量的好壞直接影響安全運(yùn)行，如果一臺(tái)機(jī)組的軸線不好，機(jī)組在運(yùn)行過程中的振動(dòng)就會(huì)加大，使各軸承的運(yùn)行進(jìn)入惡性循環(huán)。機(jī)組軸線調(diào)整就是對不合格的軸線，根據(jù)軸線測量提供的機(jī)組軸線的擺度數(shù)值和方位，對某些部件進(jìn)行處理，使機(jī)組軸線各部位的擺度值[3]達(dá)到國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。

2 軸線分析調(diào)整的步驟

（1）軸線測量。通過盤車測量主軸典型部位的擺度值，看其是否符合國家規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，為軸線處理工作提供依據(jù)。軸線測量是整個(gè)軸線工作的基礎(chǔ)。

（2）軸線處理。利用軸線測量的結(jié)果，找出產(chǎn)生主軸傾斜或曲折的因素，并相應(yīng)地進(jìn)行處理，使機(jī)組各典型部位的相對擺度值在允許范圍內(nèi)。軸線處理是整個(gè)軸線工作的關(guān)鍵。

3 機(jī)組結(jié)構(gòu)

泰山抽水蓄能電站水輪發(fā)電機(jī)組為立軸、半傘式結(jié)構(gòu)[1]，水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件總重量為700.8，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為300r/min。

機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分軸共分5段，分別為：滑環(huán)小軸、發(fā)電機(jī)上端軸、轉(zhuǎn)子中心體、發(fā)電機(jī)軸、水輪機(jī)軸。其中滑環(huán)小軸與上端軸連接，上端軸下端部與轉(zhuǎn)子中心體上端部相連接，轉(zhuǎn)子中心體下端部與發(fā)電機(jī)軸上端部相連接，發(fā)電機(jī)軸與水輪機(jī)軸相連接[1]。具體結(jié)構(gòu)見圖1。

推力軸承布置在下機(jī)架上，與下導(dǎo)軸承組成組合軸承。推力軸承推力軸瓦共10塊，采用彈性支撐結(jié)構(gòu)，下導(dǎo)瓦16塊分塊瓦，油冷卻系統(tǒng)采用推力軸頭泵自循環(huán)冷卻。

上導(dǎo)布置在上機(jī)架中心體內(nèi)，軸瓦16塊，為油浸式、自循環(huán)、分塊瓦可調(diào)式結(jié)構(gòu)。

水導(dǎo)軸承布置在頂蓋上，軸瓦12塊，為油浸式、強(qiáng)迫油循環(huán)、分塊瓦可調(diào)式結(jié)構(gòu)。

上導(dǎo)軸承處至推力鏡板處距離為4840mm；下導(dǎo)軸承處至推力鏡板處距離為170mm；水發(fā)連軸法蘭處至推力鏡板距離為4155mm；水導(dǎo)軸承處至推力鏡板處距離為8625mm。

圖1 水輪發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)圖1—滑環(huán)小軸；2—上端軸；3—轉(zhuǎn)子中心體；4—發(fā)電機(jī)軸；5—水輪機(jī)軸Fig．1 Structure diagram of hydroelectric generating set

4 軸線測量

4.1 盤車前準(zhǔn)備工作

在上導(dǎo)軸頸、下導(dǎo)軸頸、水發(fā)連軸上下法蘭、水導(dǎo)軸頸處沿圓周劃八等分點(diǎn)，上中下各部分的等分線對應(yīng)同一方位，按照逆時(shí)針方向順次編號。檢查確保推力瓦水平度小于0.02mm/m[2]。

抱緊4塊下導(dǎo)瓦，瓦背楔子板打緊后，將下導(dǎo)瓦間隙調(diào)整至0.04mm，瓦面滴入透平油。

清掃檢查轉(zhuǎn)動(dòng)部件上雜物，檢查所有轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分之間間隙，確認(rèn)無雜物及卡阻及刮碰。

在上導(dǎo)軸頸、下導(dǎo)軸頸、水發(fā)連軸上下法蘭、水導(dǎo)軸頸處，按+X、+Y方向各設(shè)置1只百分表，作為測量擺度值用，百分表測桿應(yīng)留有足夠的預(yù)壓縮量、大指針調(diào)零。

上述檢查完畢后，進(jìn)行盤車檢查。

4.2 盤車檢查

采用連續(xù)盤車。投入高壓油頂起裝置，轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，待主軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)后，撤去外力，自第二圈開始讀數(shù)并記錄，得到5組盤車數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)分析時(shí)以第三圈數(shù)據(jù)為準(zhǔn)，待主軸停止轉(zhuǎn)動(dòng)后退出高壓頂起裝置。

4.3 盤車數(shù)據(jù)整理

機(jī)組軸線調(diào)整前的各軸頸與法蘭處的百分表讀數(shù)見表1。

表1 修前盤車百分表讀數(shù)Table 1 Repair before turning off the dial gauge 0.01mm

機(jī)組軸線調(diào)整前的各軸頸與法蘭處的全擺度、凈擺度、最大相對擺度計(jì)算過程見表2和表3。

表2 修前盤車各處的全擺度Table 2 Repair before the full swing of turning around the 0.01mm

根據(jù)GB/T 8564—2003中9.5.7要求上導(dǎo)軸承相對擺度不超過0.02mm/m；水導(dǎo)相對擺度不超過0.04mm/m[4]；根據(jù)實(shí)測數(shù)值計(jì)算上導(dǎo)相對擺度0.0599mm/m；水導(dǎo)為0.0104mm/m；上導(dǎo)軸承相對擺度數(shù)值超標(biāo)。

表3 修前盤車各處的凈擺度Table 3 Repair before the turning around of net swing 0.01mm

4.4 盤車數(shù)據(jù)分析

當(dāng)機(jī)組軸線與其旋轉(zhuǎn)中心線不相重合時(shí)，各旋轉(zhuǎn)部件在圍繞自身軸線自轉(zhuǎn)的同時(shí)，還圍繞機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心線作公轉(zhuǎn)。主軸某一個(gè)橫截面上軸面各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡是以旋轉(zhuǎn)中心為圓心的同心圓，其中一點(diǎn)軌跡圓最大，一點(diǎn)軌跡圓最小。軸面上各點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡不同，反映到百分表的讀數(shù)就是各軸號擺度值的不同，其擺度遵循余弦或正弦規(guī)律。

對于主軸某一個(gè)測量斷面而言，最大全擺度值只有一個(gè)，數(shù)值上等于軸心與旋轉(zhuǎn)中心偏心距的兩倍。

將機(jī)組修前上導(dǎo)、水導(dǎo)軸領(lǐng)處軸分點(diǎn)對應(yīng)數(shù)值曲線進(jìn)行擬合，數(shù)據(jù)曲線見圖2。

圖2 修前機(jī)組上、水導(dǎo)軸領(lǐng)分點(diǎn)擺度曲線圖Fig．2 Before the repair unit，water guide shaft collar point swing curve

其中紅色曲線為上導(dǎo)軸領(lǐng)X向分點(diǎn)曲線，青綠色曲線為上導(dǎo)軸領(lǐng)Y向分點(diǎn)曲線；藍(lán)色曲線為水導(dǎo)軸領(lǐng)X向分點(diǎn)曲線，粉紅色曲線為水導(dǎo)軸領(lǐng)Y向分點(diǎn)曲線。

由圖2可以看到：

曲線具有余弦或正弦規(guī)律，且X、Y向數(shù)據(jù)相互校核，規(guī)律性一致。且波峰與波谷的相位差為180°。

上導(dǎo)部位：1點(diǎn)波谷，5點(diǎn)波峰，峰谷差0.3mm，最大點(diǎn)位中心偏差0.15mm。

水導(dǎo)部位：6、7點(diǎn)間波谷，2、3點(diǎn)間波峰，峰谷差約0.08mm，最大中心偏差約0.04mm。

（1）上導(dǎo)盤車數(shù)據(jù)分析：

因下導(dǎo)軸領(lǐng)與推力鏡板距離很近，結(jié)合下導(dǎo)軸領(lǐng)處讀數(shù)，并且推力頭與發(fā)電機(jī)軸為焊接一體結(jié)構(gòu)，焊接完成在進(jìn)行車床精加工，因此推力頭不會(huì)產(chǎn)生偏斜現(xiàn)象。

轉(zhuǎn)子中心體與推力頭采用止口粗定位，配合面采用機(jī)床精加工。定位后，再用10個(gè)外徑120mm偏心銷套精確定位[5]。轉(zhuǎn)動(dòng)過程中該部位不會(huì)發(fā)生松動(dòng)平移。

轉(zhuǎn)子中心體與發(fā)電機(jī)上端軸采用止口粗定位，配合面采用機(jī)床精加工，定位后再用2組4個(gè)外徑20mm的圓柱銷釘精確定位，見圖3。

圖3 上端軸固定銷釘Figure 3 The upper end of the fixing pin shaft

結(jié)合上導(dǎo)部位盤車數(shù)據(jù)和上端軸固定銷釘結(jié)構(gòu)，分析認(rèn)為：上端軸通過上導(dǎo)軸承將力傳遞至上機(jī)架，上端軸固定銷釘結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度存在問題，長期運(yùn)行，導(dǎo)致上端軸產(chǎn)生徑向位移，從而引起機(jī)組的軸線發(fā)生變化。

（2）水導(dǎo)盤車數(shù)據(jù)分析：

水導(dǎo)軸頸處最大中心偏差約0.04mm，水導(dǎo)相對擺度為0.0104mm/m，低于GB/T 8564—2003規(guī)定0.04mm/m的要求[4]，在此不再進(jìn)行分析處理。

5 軸線調(diào)整分析

5.1 軸線調(diào)整

由分析可知導(dǎo)致機(jī)組上導(dǎo)軸頸處相對擺度過大的原因是上端軸發(fā)生了偏移，所以調(diào)整方法是將上端軸進(jìn)行平移。即沿上導(dǎo)軸頸5號軸分點(diǎn)處向1號軸分點(diǎn)平移上端軸，平移0.15mm。

處理過程：

（1）在軸分點(diǎn)1號處架設(shè)百分表調(diào)零，監(jiān)視平移量。

（2）在90°方向7號點(diǎn)架設(shè)百分表調(diào)零。

（3）松開上端軸與轉(zhuǎn)子把合螺栓。

（4）沿上導(dǎo)軸頸5號軸分點(diǎn)處向1號軸分點(diǎn)平移上端軸，平移0.15mm。

（5）頂軸過程中，注意7號點(diǎn)應(yīng)無變化。

（6）然后打緊把合螺栓和銷釘，撤去千斤頂。

5.2 修后盤車

調(diào)整完成后再進(jìn)行一次盤車，盤車數(shù)據(jù)見表4。

表4 修后盤車百分表讀數(shù)Table 4 Repair after turning off the dial gauge 0.01mm

經(jīng)過整理計(jì)算：修后上導(dǎo)軸頸處最大相對擺度0.004mm/m；遠(yuǎn)低于規(guī)范要求上導(dǎo)軸承相對擺度不超過0.02mm/m；水導(dǎo)軸頸處最大相對擺度0.010mm/m，低于規(guī)范要求水導(dǎo)軸承相對擺度不超過0.04mm/m。機(jī)組軸線經(jīng)調(diào)整后各處的相對擺度均符合規(guī)定，機(jī)組軸線合格。

為防止上端軸再次發(fā)生位移，在機(jī)組軸線調(diào)整完畢后對上端軸與轉(zhuǎn)子中心體結(jié)合面處分4個(gè)方向進(jìn)行了點(diǎn)焊處理。

6 結(jié)束語

本文針對泰山抽水蓄能電站1號機(jī)組軸線調(diào)整過程中出現(xiàn)的上導(dǎo)軸頸處擺度偏差較大的問題，分析認(rèn)為是上端軸的平移導(dǎo)致了軸線不滿足規(guī)定要求，在軸線調(diào)整的過程中根據(jù)所測數(shù)據(jù)對上端軸進(jìn)行了平移，并通過前后所測數(shù)據(jù)的對比驗(yàn)證了調(diào)整方法的正確性。

[1] 白延年．水輪發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與計(jì)算[M]．機(jī)械工業(yè)出版社，1972．BAI Yannian． Hydrogenerator design and calculation[M]．Machinery Industry Press，1972．

[2] VOITH-FUJI發(fā)電機(jī)組安裝質(zhì)量技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，2004．VOITH-FUJI Turbine installation quality and technical standards，2004．

[3] 黃景湖．準(zhǔn)確把握水電機(jī)組“擺度”的涵義[J]．水電站機(jī)電技術(shù)，2004，1：4-8．HUANG Jinghu．Accurately grasp the meaning of hydropower unit “swing” [J]．Electrical Technology Station，2004，1：4-8．

[4] GB/T 8564—2003 水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S]．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004．GB/T 8564—2003 Hydro technical specifications for installation[S]．Beijing ：China Standard Press，2004．

[5] 王玲花．水輪發(fā)電機(jī)組安裝與檢修[M]．中國水利水電出版社，2012．WANG Linghua．Installation and maintenance of hydro-generating unit[M]．Beijing ： China Water &Power Press，2012．