“四表四點(diǎn)”盤車方法在惠蓄電站水泵水輪發(fā)電機(jī)組安裝調(diào)試中的應(yīng)用

談進(jìn)昌

(惠州蓄能發(fā)電有限公司，廣東 惠州 516100)

1 概述

水泵水輪發(fā)電機(jī)組的盤車方法有很多種，我國(guó)傳統(tǒng)盤車工作一般采用“兩表八點(diǎn)”法，即將機(jī)組大軸等分八點(diǎn)，并在機(jī)組X向和Y向各固定1個(gè)百分表，測(cè)量機(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)大軸表面圓周等分點(diǎn)的跳動(dòng)值，將跳動(dòng)值及其對(duì)應(yīng)方位描繪在坐標(biāo)紙上并擬合成擺度曲線，得到最大擺度值及方位[1]。

但在惠蓄電站機(jī)組盤車時(shí)，廠家ALSTOM公司提供了一種“四表四點(diǎn)”盤車的工作方法，即將機(jī)組大軸等分四點(diǎn)，在機(jī)組上、下游(+Y、-Y)方向和左、右岸(+X、-X)方向各固定1個(gè)百分表，測(cè)量機(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)大軸表面圓周等分點(diǎn)的跳動(dòng)值，根據(jù)擺度特性，計(jì)算出機(jī)組大軸上四個(gè)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)180°后擺度平均值，再由矢量求和原理和方法計(jì)算出該部位的最大擺度值及方位。該方法新穎、操作簡(jiǎn)單、并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)量誤差，值得推廣應(yīng)用。

惠蓄電站共安裝有8臺(tái)由法國(guó)ALSTOM公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)、制造的可逆式水泵水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，分A、B兩廠建設(shè)，總裝機(jī)容量為2 400 MW(8×300 MW)。機(jī)組設(shè)計(jì)額定轉(zhuǎn)速為500 rpm，額定凈水頭為517.4 m(發(fā)電工況)。發(fā)電/電動(dòng)機(jī)型式為三相、空冷、立軸、懸式結(jié)構(gòu)。水泵/水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪為單級(jí)混流可逆式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)輪采用中拆方式。機(jī)組整根大軸由瓶狀軸(轉(zhuǎn)子中心體)、下端軸、中間軸和水輪機(jī)軸等組成，通過(guò)8個(gè)聯(lián)軸面聯(lián)接成一體。推力頭熱套安裝在瓶狀軸上，12塊剛性結(jié)構(gòu)的推力軸承裝設(shè)在上機(jī)架上，支撐整個(gè)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量；12塊上導(dǎo)軸承瓦固定在推力頭外側(cè)，還有8塊下導(dǎo)軸承瓦和10塊水導(dǎo)軸承瓦分別固定在下端軸和水輪機(jī)軸的軸領(lǐng)外側(cè)，維系著機(jī)組大軸穩(wěn)定運(yùn)行。機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 惠蓄水泵水輪機(jī)組軸系結(jié)構(gòu)示意(單位：m)

2 機(jī)組“四表四點(diǎn)”盤車擺度測(cè)量原理

基準(zhǔn)點(diǎn)旋轉(zhuǎn)至正對(duì)上游方向；最后在上、下游及左、右岸4個(gè)方向上各自安裝1塊百分表，表座吸在固定部件上，表針指向大軸[2](如圖2所示)。

圖2 監(jiān)測(cè)斷面百分表布置示意

圖3 擺度特性幾何關(guān)系示意

(1)

ex=[R2-(e*sinθ)2]1/2-(R-e*cosθ)

(2)

又由于：R?e，可得到：

[R2-(e*sinθ)2]1/2≈R

(3)

由式(2)和(3)，可得到：

ex=e*cosθ

(4)

同理，可得到機(jī)組大軸順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)90°、180°、270°、360°和450°時(shí)，上、下游(±Y)和左、右岸(±X)方向上百分表數(shù)值見(jiàn)表1所示。

表1 機(jī)組大軸旋轉(zhuǎn)方位與各測(cè)點(diǎn)百分表數(shù)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系

若假設(shè)上、下游(±Y)和左、右岸(±X)方向上百分表數(shù)在固定座0°方位時(shí)基準(zhǔn)數(shù)值均調(diào)整為零，則有：

上游(+Y)方向擺度值為：

φ+y(0°～180°)=e*sinθ-(-e*sinθ)=2e*sinθ

(5)

下游(-Y)方向擺度值為：

φ-y(0°～180°)=-e*sinθ-(e*sinθ)=-2e*sinθ

(6)

左岸(+X)方向擺度值為：

φ+X(0°～180°)=e*cosθ-(-e*cosθ)=2e*cosθ

(7)

右岸(-X)方向擺度值為：

φ-X(0°～180°)=-e*cosθ-(e*cosθ)=-2e*cosθ

(8)

由式(5)～(8)推算結(jié)果可知，其上、下游(±Y)和左、右岸(±X)方位上測(cè)得的結(jié)果是數(shù)值相等方向相反。

考慮到由于軸有擺度使軸中心偏離旋轉(zhuǎn)中心位置，工作中無(wú)法準(zhǔn)確將百分表測(cè)頭對(duì)準(zhǔn)旋轉(zhuǎn)中心測(cè)量而產(chǎn)生工作誤差，因此在實(shí)際操作中可以通過(guò)判斷對(duì)稱方向測(cè)量值不能偏差過(guò)大，否則需要重新測(cè)量；數(shù)值偏差不大時(shí)，可取平均值計(jì)算，以減少誤差。則有：

φy(0°～180°)=(1/2)*{φ+y(0°～180°)-φ-y(0°～180°)}

(9)

φX(0°～180°)=(1/2)*{φ+X(0°～180°)-φ-X(0°～180°)}

(10)

φy(90°～270°)=(1/2)*{φ+y(90°～270°)-φ-y(90°～270°)}

(11)

φX(90°～270°)=(1/2)*{φ+X(90°～270°)-φ-X(90°～270°°)}

(12)

最后，可根據(jù)矢量求和原理和方法計(jì)算出該部位的最大擺度值及方位，即：

φmax={[φy(0°～180°)]2+[φX(0°～180°)]2}1/2≈ 2e

(13)

φmax={[φy(90°～270°)]2+[φX(90°～270°)]2}1/2≈ 2e

(14)

θ=arctan{φy(0°～180°)/φX(0°～180°)}

(15)

θ=arctan{φy(90°～270°)/φX(90°～270°)}

(16)

3 機(jī)組盤車工藝及實(shí)施

3.1 機(jī)組盤車工藝方式

我國(guó)水電機(jī)組盤車方式一般有電動(dòng)、機(jī)械和人工3種。根據(jù)惠蓄機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，宜可采用人工盤車方式，即在機(jī)組瓶狀軸上端部，安裝手動(dòng)盤車專用工具(如圖4所示)，通過(guò)人工推動(dòng)受力桿，使機(jī)組沿順時(shí)針?lè)较蚓徛D(zhuǎn)，并測(cè)量記錄軸線方向上8個(gè)監(jiān)測(cè)斷面的擺度值(如前文圖1所示)。

圖4 惠蓄機(jī)組人工盤車裝置示意

人工盤車旋轉(zhuǎn)時(shí)，需要啟動(dòng)機(jī)組推力軸承高壓油頂起裝置，使推力瓦和鏡板之間建立油膜，防止干摩擦；在記錄機(jī)組擺度值時(shí)，需要停止高壓注油泵，確保讀數(shù)準(zhǔn)確。

3.2 機(jī)組盤車實(shí)施操作

1)機(jī)組盤車前，將水泵水輪機(jī)組大軸上共8個(gè)聯(lián)接法蘭和3個(gè)導(dǎo)軸承的圓周面清潔干凈，檢查這些位置是否存在有凸凹點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)部件與固定部件間隙處是否存在有異物卡澀，檢查機(jī)組推力軸承高壓油頂起裝置、機(jī)械剎車裝置能正常投退。

2)調(diào)整推力軸承高程及水平，并把機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件推到迷宮環(huán)間隙的中心位置，即調(diào)整轉(zhuǎn)輪上、下迷宮環(huán)間隙及定、轉(zhuǎn)子空氣間隙均勻，同時(shí)使機(jī)組大軸處于自由狀態(tài)并垂直。

3)在推力軸承受力調(diào)整過(guò)程中，要始終抱緊上導(dǎo)瓦，使機(jī)組軸線一直處于強(qiáng)迫垂直狀態(tài)，調(diào)整推力軸承支柱螺栓，使各瓦受力均勻。受力調(diào)整工作結(jié)束后，要復(fù)查推力頭水平及轉(zhuǎn)輪上、下迷宮環(huán)間隙及發(fā)電機(jī)定、轉(zhuǎn)子空氣間隙，并做好記錄。

4)在機(jī)組大軸上確定一基準(zhǔn)點(diǎn)以及等分四點(diǎn)，并保證每個(gè)斷面的四個(gè)測(cè)點(diǎn)在同一軸線(同一方位角度)上；對(duì)稱抱4塊上導(dǎo)瓦，抱瓦間隙控制在0.01～0.02 mm，并在瓦面上涂少許透平油；分別在各個(gè)斷面處外側(cè)的上、下游(±Y)及左、右岸(±X)方向設(shè)置10 mm量程百分表，每塊百分表讀數(shù)均調(diào)對(duì)在5.00 mm，在推力頭上放置0.02 mm/m的框式水平儀監(jiān)測(cè)鏡板水平，鏡板處放置軸向百分表，記錄鏡板跳動(dòng)。

5)機(jī)組盤車時(shí)，將推力軸承高壓油頂起裝置投入，首次盤車時(shí)按順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)1 圈，然后停止高壓注油泵，待機(jī)組停穩(wěn)后，把所有斷面測(cè)量百分表全部歸零(5.00 mm)。

6)各斷面測(cè)點(diǎn)檢查確認(rèn)無(wú)誤后，再次啟動(dòng)推力軸承高壓注油泵，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)軸，此時(shí)轉(zhuǎn)速應(yīng)為慢速，用力均勻，并按順時(shí)針?lè)较蛑瘘c(diǎn)地進(jìn)行盤車。

7)分別在旋轉(zhuǎn)至90°、180°、270°、360°、450°方位時(shí)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)停高壓油泵，待轉(zhuǎn)動(dòng)部分完全靜止后，記錄每個(gè)測(cè)點(diǎn)百分表的讀數(shù)并測(cè)量上下迷宮間隙和定轉(zhuǎn)子空氣間隙。

8)最后，根據(jù)所記錄的數(shù)據(jù)，應(yīng)用矢量求和原理和方法計(jì)算出最大擺度值及方位[3-4]。

4 機(jī)組盤車效果分析

下面以惠蓄電站1號(hào)水泵水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)際盤車為例，介紹惠蓄電站采用“四表四點(diǎn)”盤車方法對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算、分析和作出相應(yīng)調(diào)整。

1)用“四表四點(diǎn)”盤車法測(cè)量各部位數(shù)據(jù)。表2是惠蓄1號(hào)水泵水輪機(jī)組各軸承、法蘭部位盤車測(cè)量所得的數(shù)據(jù)。

2)各測(cè)量斷面擺度計(jì)算。將表2各部位測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)分別代入擺度計(jì)算公式(9)～(12)，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。

表2 惠蓄1號(hào)機(jī)組各測(cè)量部位盤車擺度數(shù)據(jù)記錄

表3 惠蓄1號(hào)機(jī)組各測(cè)量斷面擺度計(jì)算值

3)各測(cè)量斷面最大擺度值和方位計(jì)算。由表3數(shù)值分別代入矢量求和公式(13)、(14)以及方位計(jì)算公式(15)、(16)，可計(jì)算出各測(cè)量斷面的最大擺度值及方位見(jiàn)表4。

表4 惠蓄1號(hào)機(jī)組各測(cè)量斷面最大擺度值及對(duì)應(yīng)方位

4)各測(cè)量數(shù)據(jù)分析及處理。對(duì)表4機(jī)組各測(cè)量斷面的最大擺度值與引用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值進(jìn)行列表對(duì)比分析，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 惠蓄1號(hào)機(jī)組各測(cè)量斷面最大擺度值與引用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值對(duì)比

由表5可以看出，各部位測(cè)點(diǎn)的最大擺度值均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，即上述測(cè)量、計(jì)算數(shù)據(jù)結(jié)果合格，盤車工作結(jié)束。

若某一部位測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)超出標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值，則應(yīng)通過(guò)對(duì)卡環(huán)刮削的方法進(jìn)行機(jī)組軸線處理，卡環(huán)最大刮削量可根據(jù)公式：Δ=(1/2)×φmax×D/L進(jìn)行計(jì)算。其中，Δ 表示卡環(huán)最大刮削量；φmax是指測(cè)點(diǎn)斷面處的最大擺度值；L是測(cè)點(diǎn)斷面處至卡環(huán)的距離；D為卡環(huán)直徑。

在計(jì)算出卡環(huán)最大刮削量(Δ)，并找出最大前刮削點(diǎn)方位角(θ)后，過(guò)該點(diǎn)和圓心(0)作一直徑，沿該直徑把卡環(huán)等分8個(gè)刮削區(qū)，并按比例確定每一區(qū)域的刮削量之后，即可對(duì)卡環(huán)進(jìn)行刮削(如圖5所示)。待各區(qū)全部刮完后，把卡環(huán)放在大平板上，用研磨平臺(tái)加微量顯示劑，壓在卡環(huán)上研磨顯出高點(diǎn)，除去高點(diǎn)和邊緣毛刺，最后用細(xì)砂布打光，即可裝復(fù)重新盤車檢查，直至擺度符合要求為止[5]。

圖5 卡環(huán)等分刮削區(qū)示意

5 結(jié)語(yǔ)

惠蓄電站水泵水輪發(fā)電機(jī)組采用“四表四點(diǎn)”盤車方法與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)采用的“兩表八點(diǎn)”法相比有所不同，且操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)處理簡(jiǎn)便，并能及時(shí)發(fā)現(xiàn)測(cè)量誤差?；菪铍娬続、B廠8臺(tái)機(jī)組均采用“四表四點(diǎn)”盤車方法進(jìn)行檢查調(diào)整，自投運(yùn)至今，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)，各軸承位運(yùn)行振擺值均在A區(qū)范圍內(nèi)，滿足機(jī)組運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求，也證明了法國(guó)ALSTOM公司所采用的盤車方法是有效和可行的。同時(shí)，也希望本文能為國(guó)內(nèi)相類似電站機(jī)組軸線調(diào)整提供一種新的借鑒。