一種混流式機(jī)組的大軸中心調(diào)整方法

王 佩，王 超

（1.五凌電力有限公司，湖南 長沙 410004；2.湖南省水電智慧化工程技術(shù)研究中心，湖南 長沙 410004）

1 概述

水輪發(fā)電機(jī)是一個(gè)由水能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機(jī)械能，又由旋轉(zhuǎn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的機(jī)器。在水輪機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，如果水輪機(jī)轉(zhuǎn)軸中心不正，可能造成機(jī)組導(dǎo)軸承軸瓦局部間隙偏小，從而導(dǎo)致軸承瓦溫度過高、機(jī)組振動(dòng)幅度過大、機(jī)組部件磨損等一系列問題，給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來嚴(yán)重的威脅。在混流式水輪機(jī)組的檢修過程中，因?yàn)闄z修作業(yè)等各種因素的影響，大軸中心的位置可能發(fā)生偏移，具體體現(xiàn)在迷宮環(huán)的間隙不合格，根據(jù)三板溪電廠機(jī)組設(shè)計(jì)規(guī)范，機(jī)組的迷宮環(huán)間隙應(yīng)不超過平均間隙。因此，在檢修過程中，需要定時(shí)測量迷宮環(huán)的間隙，如果發(fā)現(xiàn)大軸中心發(fā)生偏移，必須對大軸中心位置重新調(diào)整，從而確保檢修質(zhì)量。

2 傳統(tǒng)的大軸中心調(diào)整方法及其出現(xiàn)的問題

在檢修過程中，如果檢測時(shí)發(fā)現(xiàn)迷宮環(huán)間隙不合格，可以先基于測得的數(shù)據(jù)，判斷大軸的主要偏移方向及偏移量，再將相應(yīng)位置的下導(dǎo)軸承瓦抱瓦的條件下，通過百分表的監(jiān)測，敲擊下導(dǎo)軸承瓦的調(diào)整楔子板，將下導(dǎo)軸承瓦推動(dòng)需要調(diào)整的量，其中，抱瓦指的是大軸與軸承瓦處于剛好接觸的狀態(tài)，具體操作為敲擊楔子板使軸承瓦靠近大軸，直到監(jiān)測的百分表讀數(shù)為0.01 mm，表示軸承瓦與大軸恰好貼合。然后，再通過頂轉(zhuǎn)子油泵將大軸頂起，使大軸在重力的作用下自由落下，在下落的過程中，大軸在下導(dǎo)軸承瓦的限制下發(fā)生偏移，從而將大軸中心調(diào)整到合適的范圍內(nèi)。

在三板溪水電廠1號機(jī)組檢修過程中，測得上、下迷宮環(huán)的間隙值如表1所示，其中，上、下迷宮環(huán)各測點(diǎn)的位置如圖1所示。對上、下迷宮環(huán)間隙測量值分析可知，大軸的中心發(fā)生了偏移，主要的偏移方向?yàn)?號測點(diǎn)方向，其中上迷宮環(huán)在2號測點(diǎn)方向與平均值的偏差為0.35 mm，在6號測點(diǎn)方向與平均值的偏差為-0.4 mm，即上迷宮環(huán)在2號～6號測點(diǎn)方向與平均值的總偏差為0.75 mm，同理，下迷宮環(huán)在2號～6號測點(diǎn)方向與平均值的總偏差為0.92mm，總偏差值的一半即為大軸中心的偏移量，綜合上、下迷宮環(huán)間隙數(shù)據(jù)可知，大軸中心向迷宮環(huán)6號測點(diǎn)方向的偏移量約為0.4 mm。調(diào)整過程為，通過百分表的監(jiān)視，將6號測點(diǎn)對應(yīng)的2號和3號下導(dǎo)軸承瓦在抱瓦狀態(tài)下推動(dòng)40絲，即將大軸中心往2號測點(diǎn)方向回調(diào)0.4 mm，其中，三板溪電站下導(dǎo)軸承瓦的編號位置如圖2所示。調(diào)整后，測得上、下迷宮環(huán)間隙如表2所示。經(jīng)計(jì)算可知，調(diào)整后的大軸各方向的偏差均在允許誤差范圍內(nèi)，滿足機(jī)組安全運(yùn)行的要求。

表1 迷宮環(huán)各測點(diǎn)間隙測量值

圖1 迷宮環(huán)測點(diǎn)編號位置

圖2 下導(dǎo)瓦編號位置

表2 調(diào)整后迷宮環(huán)各測點(diǎn)間隙測量值

但是，在未進(jìn)行任何作業(yè)的前提下，第2 d復(fù)測時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)大軸中心又出現(xiàn)了一定的偏移，超出了允許的偏差范圍，按照前文所述的方法重新調(diào)整合格后，在第3 d復(fù)測時(shí)發(fā)現(xiàn)，迷宮環(huán)間隙再次發(fā)生了變化，所測得的迷宮環(huán)間隙如表 3 所示，根據(jù)計(jì)算結(jié)果分析可知，第3 d的復(fù)測結(jié)果雖然勉強(qiáng)滿足了10%的允許偏差要求，但是大軸中心與調(diào)整后的數(shù)值相比出現(xiàn)了明顯的偏移。

表3 調(diào)整后迷宮環(huán)各測點(diǎn)間隙測量值

3 傳統(tǒng)調(diào)整方法缺陷分析

對大軸中心調(diào)整一段時(shí)間后，迷宮環(huán)間隙將發(fā)生變化的原因進(jìn)行分析得知，傳統(tǒng)的大軸中心調(diào)整方法存在以下缺陷：在用下導(dǎo)軸承瓦推動(dòng)大軸時(shí)，大軸的受力方向與其重心并不在同一水平線上，因此，大軸在力矩的作用下會存在一定量的傾斜，從而造成推力軸承受力不均，使得推力軸承的彈性油箱發(fā)生變形，而當(dāng)大軸在自重的作用下落到最低點(diǎn)并在下導(dǎo)軸承瓦的限位下完成中心調(diào)整過程以后，作用在大軸上的力矩消失，彈性油箱開始恢復(fù)，然而，彈性油箱的恢復(fù)并不是即時(shí)的，因此，雖然在調(diào)整完成后測得迷宮環(huán)的間隙合格，但是，大軸中心在彈性油箱的恢復(fù)過程中將發(fā)生變化，從而導(dǎo)致第2 d復(fù)測時(shí)迷宮環(huán)間隙不合格。此外，在傳統(tǒng)的大軸中心調(diào)整過程中，只通過一個(gè)方向的軸承瓦來推動(dòng)大軸，并沒有限制大軸向其他方向的移動(dòng)，因此，調(diào)整方向具有不確定性。結(jié)合表3 中第二次調(diào)整后的復(fù)測數(shù)據(jù)可知，雖然迷宮環(huán)的間隙勉強(qiáng)滿足了設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，但是在將大軸中心從6號測點(diǎn)往2 號測點(diǎn)方向調(diào)整的同時(shí)，也在4 號測點(diǎn)往8號測點(diǎn)的方向出現(xiàn)了偏移，如果偏移量再增加也可能導(dǎo)致調(diào)整后的迷宮環(huán)間隙超出允許的偏差范圍。

4 改進(jìn)方法提出及應(yīng)用

基于傳統(tǒng)大軸中心調(diào)整方法存在的不足，提出以下改進(jìn)方法：主要的思路是通過在上導(dǎo)和水導(dǎo)處增加輔助限位配合進(jìn)行大軸中心調(diào)整，通過上導(dǎo)、下導(dǎo)和水導(dǎo)同時(shí)限位，可以有效的減小調(diào)整時(shí)與重心的力矩。同時(shí)，在推軸方向的兩側(cè)也增加限位，保證大軸基本只能向調(diào)整方向運(yùn)動(dòng)，具體的操作過程如下：假設(shè)確定的推軸方向?yàn)?X軸方向，先使-X，+Y，-Y方向?qū)?yīng)的上導(dǎo)軸承瓦和水導(dǎo)軸承瓦處于抱瓦狀態(tài)，其中+Y，-Y方向的抱瓦位置應(yīng)選擇略小于直徑并靠近-X方向，既能限制大軸中心調(diào)整過程中大軸向+Y，-Y方向發(fā)生偏移，又不會因抱瓦阻礙大軸向+X軸方向移動(dòng)；然后，再按照傳統(tǒng)的調(diào)整方法推動(dòng)-X方向的下導(dǎo)軸承瓦，此時(shí)，大軸在上導(dǎo)和水導(dǎo)軸承瓦的限位下既不會發(fā)生傾斜，也不會往其它方向移動(dòng)，其示意圖如圖3所示。通過改進(jìn)的調(diào)整方法對表3所測得的迷宮環(huán)間隙進(jìn)行調(diào)整，分析可知，大軸需要往2號測點(diǎn)方向調(diào)整15絲，因此，先抱住上導(dǎo)軸承的1號、3號、10號、12號軸承瓦以及水導(dǎo)軸承的5號、7號、8號、10號軸承瓦，然后將下導(dǎo)軸承的6號軸承瓦在抱瓦的狀態(tài)下推動(dòng)15絲，其中，上導(dǎo)軸承和水導(dǎo)軸承的軸承瓦編號及位置如圖4 和圖5所示。

圖4 上導(dǎo)軸承瓦編號

圖5 水導(dǎo)軸承瓦編號

經(jīng)過改進(jìn)的大軸中心調(diào)整方法實(shí)施后，測得數(shù)據(jù)如表4所示，分析可知，上、下迷宮環(huán)的間隙值均合格且在限制的4 號和8 號測點(diǎn)方向的變化量很小，同時(shí)，第2 d復(fù)測時(shí)間隙與調(diào)整后的數(shù)據(jù)基本一致，偏差僅在2絲以內(nèi)，說明改進(jìn)的大軸中心調(diào)整方向有效地解決了原始方法存在的問題，取得了良好的效果。

表4 最終調(diào)整后迷宮環(huán)各測點(diǎn)間隙測量值

5 結(jié)論

水輪機(jī)組轉(zhuǎn)軸的中心處于允許的范圍內(nèi)，是水輪機(jī)安全運(yùn)行的基本要求，也是確保檢修質(zhì)量的前提，具有重要的意義。本文結(jié)合三板溪電廠檢修中遇到的實(shí)際問題，分析了原有的大軸中心調(diào)整方法的缺陷，并提出一種改進(jìn)方法，應(yīng)用結(jié)果表明，該方法避免了大軸在調(diào)整過程中可能發(fā)生傾斜以及調(diào)整方向不確定的缺陷，起到了良好的調(diào)整效果，對于縮短檢修時(shí)間，提高檢修質(zhì)量具有重要的價(jià)值。