高水頭混流式機組的瓦隙計算與調整

劉 峰

(四川華能涪江水電有限責任公司,四川成都 610041)

1 概 述

當機組軸線經盤車檢查合格及推力軸瓦受力調整符合要求后,即可進行導軸承的安裝和調整工作。由于機組的中心線與旋轉中心線并不重合,因此,當機組中心確定后,在調整導軸瓦間隙時是以機組實際旋轉中心線為基準、結合設計圖樣的間隙要求和機組合格的盤車擺度值來分配各部軸承的瓦隙,其安裝質量直接影響機組的安全運行。對于懸式機組,一般有上導、下導、水導三個導軸承時,如果這三個導軸承同心(或與旋轉中心重合或平行),那么,大軸旋轉起來就不會出現局部受力過大的情況(俗稱憋勁);但如果三個導軸承不同心,則機組就不會正常運行,故導軸承瓦隙計算和調整在機組的安裝與檢修工作中是一道非常重要的工序。

2 高水頭混流式機組瓦隙計算與調整常見問題

常規高水頭混流式機組在安裝和檢修過程中,瓦隙調整一般以機組軸線調整后的盤車數據作為依據,并以上導軸承為旋轉中心。按照由上而下的原則:(1)上導軸承瓦隙按設計間隙均勻調整;(2)下導和水導瓦隙根據盤車擺度按作圖法或計算公式進行計算。此方法簡單明了,一般混流式機組的安裝和檢修皆按此方法進行。

對于高水頭混流式機組,水輪機止漏環間隙很小(＜1.0mm)。為保證機組在運行中轉輪和止漏環不發生碰撞,水導軸承一般采用筒式瓦結構(單邊瓦隙 ＜0.5mm),該結構瓦隙固定,在機組運行過程中瓦隙不會發生改變。因此,在安裝過程中對水導瓦的調整僅能根據盤車擺度整體推動筒式瓦,最后在現場采用手動鉆鉸定位銷孔的辦法進行水導瓦隙調整。但在檢修過程中無法再次鉆鉸定位銷孔,只能結合盤車數據采取現場整體平移發電機軸的方法以基本滿足水導瓦隙調整的要求。

由于高水頭電站機組轉速高、軸徑比較大、穩定性較差,而上、下導軸承瓦采用分塊瓦,水導軸承采用筒式瓦的結構,經過一段時間的運行,由于各部軸承受力不均,而上、下導瓦瓦隙發生改變,水導瓦隙保持不變,致使在水導處擺度不變的情況下,上、下導擺度越來越大,最終形成以水導軸承為旋轉中心的倒錐形旋轉軸系。由于旋轉中心發生改變,造成機組動平衡的穩定性被打破,以至機組運行一段時間后上、下導軸承處振擺明顯加大,嚴重影響機組安全運行,進而縮短了機組的運行壽命。

能不能結合機組實際的運行規律,根據機組的盤車擺度,以水導軸承筒瓦作為機組的旋轉中心,并根據矢量疊加的關系反算下導和上導軸承相對水導軸承的擺度,以解決高水頭電站瓦隙計算和調整的問題就擺在了我們的面前。經過工程實踐,驗明上述方法簡單可行,能有效解決高水頭電站機組擺度超標,減少機組振動,具有較高的實用價值。

3 高水頭混流式機組的瓦隙計算與調整方法

2008年以來,我們先后利用水導軸承筒瓦作為機組的旋轉中心,以機組原始盤車擺度數據反算下導和上導軸承相對水導軸承的擺度,利用AutoCAD并結合作圖法分配瓦隙的方法,成功地解決了木座水電站 2#機組、水牛家水電站 1#機組擺度超標及后續陰坪電站 1#、2#機組機電安裝過程中瓦隙調整工作,機組運行穩定,效果較好。現以木座電站 2#水輪發電機組 2008年進行的檢修工作為例,詳細介紹了以水導作為機組旋轉中心反算上導、下導瓦隙的計算方法。

3.1 木座電站 2#機組檢修前的運行概況

木座電站 2#機組(單機容量 50MW,額定水頭 262.7m,轉速 500r/min,俯視逆時針旋轉)于2007年 10月投入商業運行。截至 2008年 6月,機組振動、擺度相對于投運商業運行之日發生了較大變化,機組上導軸承最大擺度 0.48mm,下導軸承最大擺度 0.44mm、振動 0.14mm(已嚴重超標)。鑒于此,我們于 2008年 6月對機組進行了檢修,重點根據機組的運行規律重新調整了瓦隙以解決機組振擺超標問題。

3.2 瓦隙計算與調整的實施方案

(1)確定機組停機時軸線的位移。

由于水導瓦采用 4塊拋物線瓦結構,因此,我們重點測量了拋物線瓦最小邊間隙,確定了機組軸線相對于水導軸承位移偏差。檢查水導軸瓦最小單邊間隙 ＞0.05mm(主要防止水輪機軸靠邊,后續無法調整),若單邊間隙 ＜0.05mm,則通過推軸頂轉子的方法推出間隙以滿足調整要求。現場用塞尺測量了最小邊間隙,并通過架表撬軸的方法復核水導軸瓦間隙,通過計算確定了機組停機時軸線相對于水導軸瓦中心的位移,如圖 1所示。

(2)根據盤車記錄繪制相對水導的水平投影圖 (圖 2)。

根據木座電站 2#水輪發電機組的盤車擺度記錄(表 1),利用 AutoCAD繪制以上導軸承為旋轉中心的水平投影圖,然后通過線段的矢量疊加繪制上導、下導相對水導軸承的水平投影圖。

圖 1 水導瓦隙測量示意圖

表 1 木座水電站2#機組原始盤車數據表

3.3 利用 AutoCAD,結合作圖法分配上導、下導瓦隙(上導設計瓦隙 0.19mm,下導設計瓦隙0.15mm)

圖 2 以上導、水導為旋轉中心的機組水平投影圖

圖 3 上導和下導瓦隙分配圖

根據以水導中心為旋轉中心的機組水平投影圖,運用 AutoCAD,利用常規瓦隙分配作圖法繪制上導、下導瓦隙分配圖(圖 3),并根據上述步驟實際的停機位置軸心偏移值進行修正,調用 Auto-CAD測量命令,分別測量上導、下導各自對應的瓦隙值,即為現場需調整的瓦隙值。

3.4 實施效果

通過上述方法進行調整后,機組開機投入運行,效果較好。木座水電站 2#機組上導軸承最大擺度降為 0.16mm,下導軸承最大擺度為 0.14 mm、振動為 0.07mm,水導軸承最大擺度為 0.06 mm,達到了預期的處理目的。

4 結 語

我國西部高山峽谷地區水力資源十分豐富,大部分水頭位于 200～500m之間。隨著技術的進步,各水力發電設備生產廠商競相開發出了尺寸小、重量輕、轉速高、軸徑比大的高水頭混流式機組。由于該類型機組運轉穩定性相對較差,對機組的安裝和檢修提出了更高的要求。筆者在文中介紹的方法能克服傳統瓦隙計算和調整的弊端,明顯提升機組的運行穩定性,控制現場的施工風險,減少現場的施工難度。同時,舉一反三,在該方法的基礎上靈活運用,還可根據機組的特性,以機組下導軸承為旋轉中心,反算上導和水導瓦隙以處理某些下導擺度嚴重超標的機組。上述方法實施簡單,對于高水頭混流式機組的安裝及檢修工作具有較高的運用價值。