劉家峽排沙洞擴(kuò)機(jī)工程7號機(jī)組軸線問題分析及處理方案

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 概 述

劉家峽排沙洞擴(kuò)機(jī)工程有兩臺水輪發(fā)電機(jī)組，額定功率150MW。7號機(jī)組安裝完成后，通過整體盤車來檢查機(jī)組軸線。依據(jù)廠家技術(shù)文件要求，機(jī)組盤車需要在X、Y方向上抱緊4塊上導(dǎo)瓦及水導(dǎo)瓦，使導(dǎo)瓦與滑轉(zhuǎn)子之間間隙控制在0.03～0.05mm之間。盤車數(shù)據(jù)顯示，7號機(jī)組擺度不滿足國家及設(shè)計規(guī)范要求，針對此情況對7號機(jī)組軸線問題進(jìn)行分析及處理。

2 機(jī)組軸線的測量

2.1 擺度的概念

機(jī)組總是圍繞理論中心線旋轉(zhuǎn)，由于受加工、制造、運(yùn)輸、保管、安裝等因素影響，機(jī)組軸線不能與理想的理論中心線重合，會形成一個圓錐體，從而出現(xiàn)偏離中心的錐形擺度圓，產(chǎn)生擺度。當(dāng)擺度值超過某一范圍時，機(jī)組在運(yùn)行中就會由于擺度影響而產(chǎn)生劇烈振動，從而加劇機(jī)件的磨損和疲勞損壞，降低機(jī)組效率，縮短機(jī)組使用壽命。

2.2 擺度的測量

擺度測量就是用盤車的方法對已裝的機(jī)組軸線垂直度進(jìn)行鑒定校正。

劉家峽洮河口排沙洞及擴(kuò)機(jī)工程7號機(jī)組推力軸承為液壓支柱式推力軸承，因廠家未提供轉(zhuǎn)換成剛性盤車的相關(guān)專用工具，無法進(jìn)行剛性盤車。經(jīng)過廠家、監(jiān)理、業(yè)主及施工方一致研究決定，進(jìn)行兩種方式盤車以保證盤車數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性(盤車方式：抱上導(dǎo)、下導(dǎo)瓦；抱上導(dǎo)、水導(dǎo)瓦)。

2.3 盤車

2.3.1 測量點(diǎn)設(shè)置

在上導(dǎo)軸承、上端軸下法蘭、推力頭、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承處，沿圓周做八等分。各測量部位的等分線在同一方位，并按逆時針方向順次編為1～8號，將+X編為4號點(diǎn)，+Y為6號點(diǎn)。

2.3.2 軸線位置調(diào)整

依據(jù)前期抱瓦時的瓦間隙進(jìn)行調(diào)整，保證轉(zhuǎn)動部分處于垂直狀態(tài)且在機(jī)組中心位置。

2.3.3 抱瓦

本次盤車的抱瓦方式為抱下導(dǎo)、水導(dǎo)瓦。首先將上、下、水導(dǎo)各安裝4塊瓦，將所有導(dǎo)軸瓦全部抱緊，保證機(jī)組轉(zhuǎn)動部分充分固定不會移位，然后對稱地放入四塊下導(dǎo)瓦，將下導(dǎo)瓦間隙控制在0.03mm左右；對稱放入四塊水導(dǎo)瓦，將下水導(dǎo)瓦間隙控制在0.03mm左右；完成后松開其他所有軸承瓦，使其脫離軸承部位。

2.3.4 盤車工具安裝

盤車的方法主要有三種，即人工盤車、機(jī)械盤車和電動盤車。 本機(jī)組采用機(jī)械盤車，將廠家提供的盤車專用工具用螺栓固定在上機(jī)架上，接好電源，調(diào)試完成后即可投入使用。此方法較為方便且盤車穩(wěn)定，所測數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確。

2.3.5 架設(shè)百分表

在上導(dǎo)軸承、上端軸下法蘭、推力頭、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承處的+X與+Y方向各架設(shè)一塊百分表，表的測桿盡量與軸面垂直，在推力頭上平面設(shè)一塊百分表用來測量其跳動值，所有部位百分表必須保證位置統(tǒng)一。

2.3.6 盤車

盤車前用高壓油頂起轉(zhuǎn)子，使鏡板與推力瓦間產(chǎn)生油膜，起到潤滑的作用，完成后開始盤車，由指揮人員統(tǒng)一指揮，保證讀數(shù)一致。先空轉(zhuǎn)一圈，轉(zhuǎn)動過程中各層人員注意聽有無異常聲響，如一切正常，將各百分表對“0”后方可進(jìn)行正式盤車。

本次盤車共盤兩圈，所得盤車數(shù)據(jù)見表1～表2。

表1 +X盤車數(shù)據(jù) 單位： μm

表2 +Y盤車數(shù)據(jù) 單位： μm

3 機(jī)組軸線偏離原因分析

通過兩次盤車數(shù)據(jù)比較，根據(jù)測量點(diǎn)位按順時針由小到大排列(+Y為8號點(diǎn)，-Y為4號點(diǎn))，機(jī)組軸線偏離發(fā)生在3～7號點(diǎn)，發(fā)生偏移的位置在上端軸的3號點(diǎn)與7號點(diǎn)、2號點(diǎn)與6號點(diǎn)對稱位置，經(jīng)過現(xiàn)場分析得出兩種觀點(diǎn)：?上端軸連接過程中未按照廠家標(biāo)記校對；?設(shè)備存在缺陷。

經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)核實(shí)，設(shè)備安裝不存在未按照廠家安裝導(dǎo)則進(jìn)行的可能，利用框式水平儀在不同的四點(diǎn)進(jìn)行測量，所得數(shù)據(jù)經(jīng)仔細(xì)核實(shí)后，證實(shí)上端軸法蘭面平整度未達(dá)到設(shè)計要求，經(jīng)過現(xiàn)場論證及征詢廠家同意，利用0.01～0.15mm銅墊找平。

4 機(jī)組軸線糾偏過程

4.1 計算加墊厚度

根據(jù)上述相對點(diǎn)偏差的4組數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論：6、7號點(diǎn)為低點(diǎn)，需要在6～7號點(diǎn)之間加墊，根據(jù)四組數(shù)據(jù)的平均數(shù)畫出機(jī)組擺度軸線圖，詳見圖1。

圖1 機(jī)組盤車后軸線圖

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，計算(3～7號點(diǎn))加墊厚度過程如下：

上導(dǎo)凈擺度：-5.375μm；

下法蘭凈擺度：8.5μm；

下法蘭理論擺度應(yīng)為

(1.125+0.05)/4.82=X/4.375

X=3.59μm

但下法蘭實(shí)際凈擺度為8.5μm。

上述計算說明下法蘭偏心，應(yīng)將下法蘭向7號點(diǎn)偏移8.5-3.59=6.91μm。

上導(dǎo)理論擺度應(yīng)為

(1.125+0.625)/4.82=X/5.89

X=2.26μm；

2.26+1.125=3.39(μm)；

上導(dǎo)實(shí)際凈擺度為-5.375。

上端軸向7號點(diǎn)移動6.91μm，上導(dǎo)實(shí)際擺度為-6.91+(-5.375)=-12.28μm。

與上導(dǎo)理論偏差為12.28+3.39=15.67μm。

所以需要加墊調(diào)整(下法蘭直徑為1700mm，下法蘭至上導(dǎo)距離為1865mm)。

計算得

15.67/1865=X/1700；X=14.28μm即0.1428mm。

結(jié)論：將上端軸由3號點(diǎn)向7號點(diǎn)移動0.07mm后在7號點(diǎn)位置加0.14mm的墊片。

同理計算2～6號點(diǎn)的數(shù)據(jù)，結(jié)論為：將2號點(diǎn)向6號點(diǎn)移動0.05mm，在6號點(diǎn)位置加0.125mm的墊片。

綜上所述，計算兩組數(shù)據(jù)的平均值得出結(jié)論：需要將上端軸由2～3號點(diǎn)之間向6～7號點(diǎn)之間移動0.06mm，且在6～7點(diǎn)之間加0.14mm的墊片并逐步遞減，保證上端軸下法蘭面與轉(zhuǎn)子法蘭面接觸面積達(dá)到80%以上。加墊具體情況及實(shí)際分解如圖2所示。

圖2 上端軸加墊分解圖

4.2 加墊過程

根據(jù)要求，所加墊片為鋼墊，需要根據(jù)法蘭面的結(jié)構(gòu)來制作墊片。我們首先利用兩塊較為平整的木板組合在一起，畫出法蘭面的圖形，將該圖形平均15等分，如圖3所示。

圖3 實(shí)際加墊現(xiàn)場畫樣放點(diǎn)圖

我們采購了14種規(guī)格的鋼墊，厚度分別為0.15mm、0.14mm、0.13mm、0.12mm、0.11mm、0.10mm、0.09mm、0.08mm、0.07mm、0.06mm、0.05mm、0.04mm、0.03mm、0.02mm、0.01mm。根據(jù)圖3的尺寸剪裁出相應(yīng)規(guī)格的墊片，如圖4所示。

圖4 墊片加工完成

將上端軸下法蘭面與轉(zhuǎn)子法蘭面用酒精清理干凈后，把剪裁好的墊片一次放入其中，確認(rèn)無錯位、褶皺后落下上端軸，將連軸螺栓穿入后根據(jù)計算好的數(shù)據(jù)移動上端軸，將其移至要求位置后把緊螺栓，根據(jù)設(shè)計要求拉伸到位，加墊工作完成。

5 調(diào)整完成后盤車

重新抱緊下導(dǎo)、水導(dǎo)瓦，將瓦間隙調(diào)整在0.03～0.05mm之間，在瓦面之間涂刷一層透平油潤滑，減少摩擦力，保證盤車順利進(jìn)行，調(diào)整完成后安裝盤車工具，檢查盤車工具齒輪之間的配合情況，避免偏心等狀況發(fā)生，安裝完成后架設(shè)百分表(上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)、上端軸下法蘭、聯(lián)軸法蘭處各架設(shè)兩塊百分表)，將百分表全部歸零，完成后開始進(jìn)行盤車，由指揮人員統(tǒng)一指揮盤車過程，確保各部位記錄人員所記錄的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，本次盤車兩圈，所得數(shù)據(jù)如表3～表4所列。

表3 盤車數(shù)據(jù)(+X) 單位：μm

表4 盤車數(shù)據(jù)(+Y) 單位：μm

以上盤車數(shù)據(jù)說明，盤車結(jié)果滿足設(shè)計及規(guī)范要求，本次軸線調(diào)整成功。

6 分配瓦間隙

軸線調(diào)整后，進(jìn)行瓦間隙分配，使三部導(dǎo)軸承中心在一條直線上，且與主軸的旋轉(zhuǎn)中心重合或平行，保證主軸在旋轉(zhuǎn)過程中不蹩勁，分配的方法是在主軸X、Y方向上設(shè)兩塊表，先安裝水導(dǎo)軸承，再以水導(dǎo)軸承間隙為基準(zhǔn)來確定其他兩導(dǎo)軸承的間隙，依照圖紙要求，上導(dǎo)瓦單邊間隙調(diào)整為0.18mm，下導(dǎo)軸承瓦單邊間隙調(diào)整為0.20mm，水導(dǎo)瓦間隙調(diào)整為0.20mm，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足圖紙及規(guī)范要求。

7 實(shí)際運(yùn)行效果對比

通過在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與上端軸連接處加墊，以最小的代價將機(jī)組的軸線調(diào)整至滿足設(shè)計要求。因?yàn)檎麄€機(jī)組的轉(zhuǎn)動部分對機(jī)組軸線的要求非常高，轉(zhuǎn)動部分的中心要與整個機(jī)組的中心盡可能重合，使偏差值達(dá)到廠家設(shè)計誤差范圍內(nèi)，這樣可以避免機(jī)組高速運(yùn)行過程中產(chǎn)生的離心運(yùn)動導(dǎo)致各機(jī)構(gòu)瓦溫異常，從而降低事故停機(jī)的概率。所以為了使機(jī)組在今后的運(yùn)行中能圓滿地出力，就要力求轉(zhuǎn)動部分運(yùn)行可靠。從圖5和圖6可以直觀地看到機(jī)組在加墊前后上導(dǎo)瓦溫的差異。圖5為加墊前上導(dǎo)瓦溫，存在緩慢上升的趨勢，而圖6為加墊后上導(dǎo)瓦溫，已趨于平穩(wěn)且有回落的趨勢。在機(jī)組瓦溫考驗(yàn)試驗(yàn)中，瓦溫是否趨于平穩(wěn)是衡量機(jī)組安裝質(zhì)量的一個重要標(biāo)準(zhǔn)。

圖5 加墊前上導(dǎo)瓦溫曲線

圖6 加墊后上導(dǎo)瓦溫曲線

瓦溫考驗(yàn)的數(shù)據(jù)并不能完全說明加墊后機(jī)組已達(dá)到可靠運(yùn)行狀態(tài)，這里通過另外一組數(shù)據(jù)(機(jī)組的振擺)對加墊后機(jī)組的可靠運(yùn)行進(jìn)行補(bǔ)充闡述。

表5中數(shù)據(jù)是7號機(jī)組在加墊前后振動擺度值與正常的8號機(jī)組進(jìn)行的比對，可以直觀地看到加墊以后沒有影響機(jī)組的運(yùn)行工況。

表5 機(jī)組運(yùn)行振動擺度值對比 單位： μm

經(jīng)過上述圖表數(shù)據(jù)的比對，不難看出在加墊后機(jī)組的運(yùn)行狀況基本上未受影響，與正常機(jī)組沒有區(qū)別。

8 結(jié) 論

目前，劉家峽擴(kuò)機(jī)工程兩臺機(jī)組已正式編入劉家峽水電廠商運(yùn)機(jī)組行列，為2019年黃河上游安全度汛提供了很好的保障。

本次加墊過程的分析和計算，說明整個轉(zhuǎn)動部分存在折點(diǎn)，折點(diǎn)位置在轉(zhuǎn)子上法蘭面與上端軸下法蘭面處。通過加墊的方式將折線調(diào)正，使整個轉(zhuǎn)動部分調(diào)整到一條直線，機(jī)組在轉(zhuǎn)動過程中擺度均滿足設(shè)計及規(guī)范要求，且機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定。分析過程中也發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)此次問題的原因?yàn)樵O(shè)備加工存在缺陷，法蘭面不平，導(dǎo)致機(jī)組軸線存在折點(diǎn)。本次加墊是一個很普通的方法，但利用最小的付出達(dá)到了預(yù)期的效果，可為今后遇到類似問題提供經(jīng)驗(yàn)及依據(jù)。