大型抽水蓄能機組大軸折線分析及處理

（河南天池抽水蓄能有限公司，河南省南陽市 473000）

0 引言

寶泉抽水蓄能電站位于河南省新鄉(xiāng)市境內(nèi)，廠房內(nèi)安裝4臺單機容量為300MW的立軸、懸式、單級、混流、可逆式水泵水輪發(fā)電機組，總裝機容量1200MW，機組額定水頭510m，額定轉(zhuǎn)速500r/min，穩(wěn)態(tài)飛逸轉(zhuǎn)速725r/min，機組軸系由發(fā)電電動機瓶狀軸、下端軸、中間軸、水泵水輪機軸四部分組成。

一般機組大修軸系回裝后，機組的實際軸線跟理想幾何中心線存在偏差，對機組振擺及導瓦受力影響較大，但當這種偏差較大時，會嚴重威脅著機組安全穩(wěn)定運行，因此需要對機組的軸線進行測量和調(diào)整，使得軸線控制在允許范圍內(nèi)[1-2]。

1 機組軸線測量

1.1 軸線測量準備工作

（1）將機組重量完全落在推力瓦上，通過推力瓦受力傳感器數(shù)據(jù)計算，調(diào)整抗重螺栓高度使各個推力瓦受力均勻。

（2）以下迷宮環(huán)為機組安裝基準推機組中心，確保轉(zhuǎn)動部件與周圍部件間隙均勻，包含空氣間隙、上下迷宮環(huán)間隙等。

（3）在±X、±Y軸線方向安裝4塊上導瓦，調(diào)整瓦間隙不大于0.02mm。

（4）在上導軸領、下導軸領、水導軸領、發(fā)電電動機下端軸與中間軸連軸法蘭（以下簡稱法蘭）處均勻分布8個測量點，并按逆時針方向編號，在各測量部位+X、+Y方向各架設百分表一個[3]。

1.2 機組軸線數(shù)據(jù)測量

本次機組軸線測量，采用人力盤車的方法，由于機組為高轉(zhuǎn)速機組，為保證盤車數(shù)據(jù)的準確性，使用百分表進行測量。盤車時按照逆時針方向進行，同時需啟動高壓油頂起裝置防止推力瓦與鏡板發(fā)生干摩擦。緩慢轉(zhuǎn)動機組，測量機組各測點的擺度，并計算出全擺度和相對擺度。軸線處理前盤車數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 軸線處理前盤車數(shù)據(jù)表Table 1 Axis processing data table for front rolling stock 0.01mm

續(xù)表

2 機組軸線數(shù)據(jù)分析

2.1 機組軸線調(diào)整標準

查閱《水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范》（GB/T 8564—2003）第9.5.7條，機組軸線允許擺度值如表2所示[4]。

表2 機組軸線允許擺度值Table 2 Axis permissible swing value of unit

續(xù)表

2.2 機組軸線數(shù)據(jù)分析

已知下導、法蘭、水導與上導中心距離分別為6.34m、8.8m、12.4m。

下導處最大相對擺度：0.1mm/6.34m≈0.016mm/m<0.02mm/m，滿足國家標準要求。

法蘭處最大相對擺度：0.06mm/8.8m≈0.006mm/m<0.02mm/m，滿足國家標準要求。

水導處最大相對擺度：0.39mm/12.4m≈0.035mm/m>0.03mm/m，且水導處最大凈擺度值0.43mm>0.25mm，不滿足國家標準要求，因此需要進一步分析處理。繪制盤車擺度曲線如圖1所示。

圖1 盤車擺度曲線圖Figure 1 Curve diagram of vehicle sway

圖中各部測點數(shù)據(jù)曲線基本符合正弦規(guī)律，數(shù)據(jù)無跳點，說明盤車數(shù)據(jù)準確可靠。機組軸線不正一般分為平行不對中、角向不對中或兩者皆有的情況，根據(jù)圖1所示，機組上導、下導、法蘭處擺度曲線基本可看作擺度接近0mm的直線，說明從上導、下導到法蘭處平行對中；而下導測點2、3處擺度值最小，正對側(cè)測點6、7處擺度值最大，說明法蘭以下部位存在角向不對中的情況，由此可得出法蘭處存在折線的結論。

3 大軸折線處理

3.1 大軸折線處理措施

大軸法蘭處存在折線，一般有兩種處理措施，第一種是法蘭刮削，另一種是法蘭加墊[5-6]。法蘭刮削一般需先用大型器械將大軸固定，然后在精密機床上進行刮削，而電站現(xiàn)場一般不具備此條件，如返廠刮削耗時耗力，所以檢修現(xiàn)場一般采用法蘭處加銅墊的方法。

3.1.1 最大加墊點位的確定

根據(jù)盤車數(shù)據(jù)，水導及法蘭的最大擺動幅度（正幅值）點位均在6號點偏7號點22.5°處，以6號盤車點偏7號點22.5°處為中心兩側(cè)均呈現(xiàn)平緩過渡趨勢。因此，最大加墊點位為6號點偏7號點22.5°處。

3.1.2 最大加墊量的確定

圖2 軸線傾斜與法蘭加墊調(diào)整關系圖δ—最大加墊厚度，mm；a—水導處相對于法蘭處最大凈擺度值，mm；d—法蘭直徑，m；L—水導到法蘭中心距離，mFigure 2 The relationship between axis tilt and flange gasket adjustment

如圖2所示，因為△ABC∽△def[7-8]，所以δ/d=（a/2）/L，得出δ=ad/（2L）。

a——水導相對法蘭的最大凈擺度0.37mm（0.43mm-0.06mm）；

d——法蘭直徑1.57m；

L——水導到法蘭中心距離為3.6m（12.4m-8.8m）；

法蘭間最大加墊量：δ=ad/（2L）=0.37×1.57/（2×3.6）=0.08068mm；

因此，確定最大加墊量為0.08mm。

3.1.3 加墊分區(qū)的確定

整體加墊區(qū)域應以6-7點中間與2-3點中間點連線為縱向中心線，根據(jù)最大加墊量0.08mm確定分8個區(qū)域進行過渡處理，各區(qū)分割線需垂直于縱向中心線，每區(qū)寬度為157cm/8=19.6cm。加墊分區(qū)及相應加墊量如圖3所示。

圖3 加墊分區(qū)示意圖Figure 3 Padded partition diagram

3.2 軸線處理后盤車數(shù)據(jù)分析

按照上述分區(qū)域加銅墊的方法，進行大軸折線處理。大軸折線處理之后機組盤車數(shù)據(jù)如表3所示。

下導處最大相對擺度：0.12mm/6.34m≈0.019mm/m<0.02mm/m，滿足國家標準要求。

法蘭處最大相對擺度：0.11mm/8.8m≈0.013mm/m<0.02mm/m，滿足國家標準要求。

水導處最大相對擺度：0.18mm/12.4≈0.015mm/m＜0.03mm/m，且水導處最大凈擺度值0.18mm＜0.25mm，滿足國家標注要求。

綜上所述，機組大軸折線處理后盤車數(shù)據(jù)滿足國家標準要求。

4 大軸折線處理過程中的注意事項

（1）法蘭緊固螺栓松動前，將人工盤車時上導處盤車測點對應至法蘭處，并做好法蘭處測點標記，以便于精確添加墊片區(qū)域。

（2）法蘭緊固螺栓松動后，2、6號盤車測點附近對稱兩根螺栓和不加墊區(qū)域內(nèi)的螺栓不拆除，方便添加墊片。

（3）為防止所加墊片發(fā)生折疊，螺栓松動時控制上下法蘭面間隙在1mm以內(nèi)，添加墊片時墊片不同分區(qū)間距控制在5mm，使用的墊片邊緣不得有卷曲、彎折現(xiàn)象。

（4）上下法蘭緊固螺栓設計緊固拉伸長度值為0.54±0.05mm，加墊完成后螺栓拉伸值取上限值即0.58～0.59mm。

（5）由于大軸為中空結構，添加墊片和緊固螺栓后，應采取措施將大軸中空部位的墊片取出，防止墊片在長期運行過程中散落在磁極穿軸引線部位造成磁極引線短路或者接地故障。

5 結束語

對于大型抽水蓄能電站來說，機組軸線測量調(diào)整是一項精細而又費時費力的工作。本文對寶泉抽水蓄能電站機組大修后軸線數(shù)據(jù)測量、分析、處理方法進行介紹，特別是對于大軸折線的處理從理論和實操方面進行了詳細的論述，本次大軸折線處理方法明顯縮減了檢修工期，提升了機組檢修質(zhì)量，對其他中大型抽水蓄能機組大軸折線處理具有一定的參考價值。