關于彈性基礎汽輪發(fā)電機組軸系中心計算和調(diào)整簡析

安徽淮南平圩發(fā)電有限責任公司 朱紀東

1 概況

該汽輪機設備為單軸、三缸、四排汽、沖動凝汽式半轉(zhuǎn)速汽輪機，軸系長達55.5m，臺板采用彈簧隔振基礎，低壓汽缸無臺板。外缸下半直接坐落在凝汽器殼體上，通過焊接方式形成剛性連接。凝汽器下部采用剛性支撐，汽輪機低壓缸的外缸重量和凝汽器的全部重量由凝汽器承擔，低壓外缸與內(nèi)缸采用軟橡膠密封圈連接，內(nèi)缸下半與落地式軸承座為一整體，內(nèi)缸通過前后端軸承座的支承結構支撐在汽輪機基礎平臺上，不受凝汽器真空變化和水位變化帶來的影響，保證了良好的軸系對中和軸承的穩(wěn)定性。

2 基礎隔振彈簧的分布

采用彈性支撐的汽輪發(fā)電機組在基礎發(fā)生一定不均勻沉降時，能夠自動補償調(diào)整中心和各軸瓦載荷。如果不均勻沉降較大，可以通過調(diào)整彈簧調(diào)整各軸瓦載荷和機組揚度趨勢。由于柔性的基礎臺板在局部地區(qū)產(chǎn)生彈性變形，汽輪機的基礎產(chǎn)生局部沉降，使得汽輪機軸系的對中比較復雜。

基礎平臺上的汽輪發(fā)電機組和基礎臺板的重量由96組彈簧隔振器支撐，這些基礎彈簧隔振器布置在12 個立柱頂部上，彈簧隔振裝置的布置如圖1所示。

圖1 彈簧隔振裝置的布置

3 基礎隔振彈簧調(diào)整軸系中心的應用

在機組運行一個周期后，機組停機檢修時需要對汽輪機組軸系中心進行檢查、調(diào)整。傳統(tǒng)的調(diào)整方式是通過調(diào)整軸承的瓦枕墊鐵的調(diào)整墊片實現(xiàn)軸承的移動，或通過調(diào)整軸承座，進而實現(xiàn)對軸系中心的修正。對于該機組支持軸承，結構形式為三瓦塊可傾瓦支撐軸承，在軸承的結構設計方面沒有設置調(diào)整墊鐵，這與傳統(tǒng)設計有瓦枕墊鐵的圓筒瓦或可傾瓦區(qū)別很大，只能通過調(diào)整軸承座和基礎彈簧的方式調(diào)整并修正軸系中心。將基礎臺板支撐的隔振彈簧支撐視作柔性基礎，當抬高或降低對輪所在臺板下方對應的基礎彈簧時，通過增減墊片的厚度調(diào)節(jié)基礎平臺的標高，使靠近對輪附近的兩個軸承座的標高同時發(fā)生變化，達到消除上下張口偏差的目的，修正對輪中心，且不會影響缸內(nèi)的通流間隙。

4 軸系中心計算公式

該機組軸系上共有8個支撐軸承布置在6個軸承座內(nèi)，是雙軸承支承結構。發(fā)電機兩端軸承位于發(fā)電機兩端大端蓋內(nèi)，勵磁機采用無刷勵磁，無軸承和整體臺板。

該汽輪發(fā)電機組軸系布置如圖2所示。

圖2 汽輪發(fā)電機組軸系布置

在進行中心計算公式推導前，對偏差數(shù)據(jù)作正、負的規(guī)定。對輪中心偏差——平面：上張口、左張口為“+”，反之為“-”。圓周：前對輪偏上、偏左為“+”，反之為“-”。調(diào)整量正、負的規(guī)定：軸承、軸承座或彈簧向上、向左移動為“+”，反之為“-”。#1～#8 軸承移動量分別設為X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8?；A彈簧移動量分別為Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6，對輪直徑為φ。

HIP-LP1對輪中心上下張口計算：HIP-LP1對輪上下張口初始偏差C 口1。HIP-LP1 對輪中心上下張口有影響的軸承有#1、#2、#3、#4軸承，基礎彈簧：Z1、Z2、Z3，根據(jù)相似三角形原理，可以得到HIP-LP1對輪中心張口計算公式為：

根據(jù)設定張口與軸承、彈簧上抬的“+”“-”關系，#1、#4 軸承、Z1、Z3 基礎彈簧的變化與張口的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

對于基礎彈簧的調(diào)整可以認為等同于軸承，對于調(diào)整基礎彈簧Z2，等同于同時調(diào)整#2、#3 軸承。當抬高或降低靠背輪所在臺板下方對應的基礎彈簧時，使得靠近靠背輪附近的兩個軸承座的標高同時發(fā)生變化，達到消除張口偏差的目的，不影響外圓。

HIP-LP1 對輪中心左右張口計算：只需考慮軸承調(diào)整的影響，無須考慮基礎彈簧。HIP-LP1對輪中心外圓計算：HIP-LP1對輪外圓初始偏差C圓1。HIP-IP 對輪中心外圓有影響的軸承有#1、#2、#3、#4 軸承。調(diào)整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對外圓無影響。根據(jù)相似三角形原理，可以得到HIP-LP1對輪中心外圓計算公式為：

根據(jù)設定外圓與軸承上抬的“+”“-”關系，#1、#3 軸承的變化與外圓的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

調(diào)整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對圓周方向無影響。因此在制定軸系中心調(diào)整方案時僅考慮基礎彈簧調(diào)整對張口的影響，不考慮對外圓的影響。LP1-LP2對輪中心上下張口計算：LP1-LP2對輪上下張口初始偏差C 口2。LP1-LP2 對輪上下中心張口有影響的軸承有#3、#4、#5、#6，基礎彈簧：Z2、Z3、Z4，根據(jù)相似三角形原理，可以得到LP1-LP2對輪中心張口計算公式為：

根據(jù)設定張口與軸承、彈簧上抬的“+”“-”關系，#3、#6 軸承、Z2、Z4 基礎彈簧的變化與張口的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

對于基礎彈簧的調(diào)整可以認為等同于軸承，對于調(diào)整基礎彈簧Z3，即等同于同時調(diào)整了#4、#5軸承。LP1-LP2對輪中心左右張口計算：只需考慮軸承調(diào)整的影響，無須考慮基礎彈簧。LP1-LP2對輪中心外圓計算：LP1-LP2對輪外圓初始偏差C圓2。LP1-LP2 對輪中心外圓有影響的軸承有#3、#4、#5、#6 軸承。調(diào)整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對外圓無影響。根據(jù)相似三角形原理，可以得到LP1-LP2對輪中心外圓計算公式為：

根據(jù)設定外圓與軸承上抬的“+”、“-”關系，#3、#5軸承的變化與外圓的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

調(diào)整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對圓周方向無影響。因此在制定軸系中心調(diào)整方案時僅考慮基礎彈簧調(diào)整對張口的影響，不考慮對外圓的影響。LP2-GEN 對輪中心上下張口計算：LP2-GEN對輪上下張口初始偏差C口3。LP2-GEN對輪上下中心張口有影響的軸承有#5、#6、#7、#8，基礎彈簧：Z3、Z4、Z6。根據(jù)相似三角形原理，可以得到LP1-LP2對輪中心張口計算公式為：

根據(jù)設定張口與軸承、彈簧上抬的“+”“-”關系，#5、#8 軸承、Z3、Z6 基礎彈簧的變化與張口的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

對于基礎彈簧的調(diào)整可以認為等同于軸承，對于調(diào)整基礎彈簧Z4，等同于同時調(diào)整了#6、#7軸承。LP2-GEN 對輪中心左右張口計算：只需考慮軸承調(diào)整的影響，無須考慮基礎彈簧。LP2-GEN 對輪中心外圓計算：LP2-GEN 對輪外圓初始偏差C 圓3。LP2-GEN 對輪中心外圓有影響的軸承有#5、#6、#7、#8。調(diào)整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對外圓無影響。根據(jù)相似三角形原理得到LP2-GEN 對輪中心外圓計算公式為：

根據(jù)設定外圓與軸承上抬的“+”“-”關系，#5、#7 軸承的變化與外圓的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

調(diào)整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對圓周方向無影響。因此在制定軸系中心調(diào)整方案時僅考慮基礎彈簧調(diào)整對張口的影響，不考慮對外圓的影響。根據(jù)以上推導公式，可以看出通過對軸承座、彈簧基礎的調(diào)整可以實現(xiàn)對軸系中心調(diào)整的目的，即改變公式中任何一個軸承座、彈簧基礎的移動量就可以看出對輪中心的改變量，但由于機組軸承的結構特點，實際應用中軸承變化量不便于實施中監(jiān)測，為了達到現(xiàn)場中心調(diào)整的可操作性，需要將軸承座的調(diào)整量轉(zhuǎn)變?yōu)榭勘齿喬幾兓康谋O(jiān)視，由此需要設定在調(diào)整靠背輪及軸承變化量之間的轉(zhuǎn)變關系，以便于對現(xiàn)場調(diào)整時的操作。即通過對靠背輪的變化量作為實施調(diào)整是否達到調(diào)整預期的參考監(jiān)視。

靠背輪的變化量受到對應軸承變化和同軸軸承變化兩個因素的影響，應為兩個因素的疊加，可以得到靠背輪的總變化量=對應軸承變化量+同軸軸承變化量，同樣，根據(jù)相似三角形原理，得出以下推導（定義的“+”“-”關系，同上說明）。

在實際應用中，機組軸系中心的調(diào)整綜合采用調(diào)整基礎彈簧及移動軸承座的方式來進行調(diào)整，并通過監(jiān)視靠背輪變化來判斷是否達到了調(diào)整的預期，最后再通過中心的最終數(shù)據(jù)進行復核。對于機組整個軸系來說，調(diào)整的總體原則一般為：主油泵及高壓轉(zhuǎn)子中心盡量不作調(diào)整，否則將給主油泵的后期調(diào)整帶來大量工作；推力軸承處不做調(diào)整，否則推力盤后續(xù)平行度調(diào)整難度較大；發(fā)電機定子在設計上可以進行調(diào)節(jié)，但定子的調(diào)節(jié)需要將發(fā)電機定子與基礎螺栓全部松開，后期還要進行負荷分配，額外增加的工作量在大修期間很難完成。因此，汽輪發(fā)電機中心調(diào)整盡量采用調(diào)整基礎彈簧及軸承座進行調(diào)整，同時也增加了中心調(diào)整的難度?？勘齿喌目傋兓恳姳?。

表1 靠背輪的總變化量

5 結語

對彈性基礎支撐的汽輪機而言，在一個運行周期后，由于復雜的不均勻外力或出現(xiàn)不均勻沉降均會導致汽輪機基礎臺板變化，造成軸系中心的偏差，為提高機組運行可靠性和安全性，在軸系找中過程中，通過采用調(diào)整基礎彈簧，調(diào)整減振彈簧頂部的調(diào)整墊片的方式及移動軸承座來實現(xiàn)對軸系中心進行調(diào)整，從而達到修正軸系中心的目的。在實際調(diào)整過程中，需要根據(jù)實際情況和數(shù)據(jù)，結合現(xiàn)場經(jīng)驗，密切監(jiān)視調(diào)整過程中數(shù)據(jù)的變化，以達到調(diào)整預期的最佳結果，提高現(xiàn)場的檢修效率。以上是關于核電半速彈性基礎汽輪發(fā)電機組中心計算和調(diào)整的介紹，希望能夠為彈性基礎的同類型機組檢修提供借鑒和參考。