懸吊式水輪發電機組整體盤車對轉動部分平衡的測定

鐘厚德

（南寧產業投資有限責任公司，廣西 南寧 530022）

挪威鮑利葛電站原有機組5臺，經過改造擴容，增加了2臺均由南寧發電設備總廠提供的單機容量為10 MW的發電機組，擴容后該電站總裝機容量為95 MW，新增裝的這2臺發電機為懸吊式結構。

2008年9 月至2009年7月，筆者在原工作單位南寧發電設備總廠曾帶領16人組成的專業隊伍，承擔出口到挪威鮑利葛電站的這2套10 MW水輪發電機組設備的安裝工程。在安裝過程中，針對1號機組在整體盤車時擺度出現異常的問題，對整個盤車過程的各次擺度記錄數據進行對比、分析，排查了可能造成影響的部位，根據多年的安裝經驗，發現了問題的癥結并給予解決，使得盤車工作進行順利，擺度亦合乎規范要求。

1 機組盤車的擺度超差問題

機組采取一次性整體盤車，機組聯軸后參照GB/T8564-2003《水輪發電機組安裝技術規范》第9.5.7中條款c）推力軸承剛性盤車，各軸瓦受力應初調均勻，鏡板水平偏差應在0.02 mm/m以內，并調整靠近推力頭的導軸瓦的單側間隙，一般為0.03～0.05 mm。

上導軸承為分塊瓦共12塊，在X、Y方向對稱抱4塊瓦。為了使4塊軸瓦間隙均勻，分別在軸承瓦面與主軸軸承位之間墊上0.05 mm的薄銅片，對稱打緊楔子板，并測量鎖板到導軸承端面的距離H做好記錄，然后松開取出薄銅片，再調整好原記錄在案的距離H，用塞規檢查各塊軸瓦間隙基本都在0.05 mm的范圍內。

機組調整符合技術規范要求后，在X、Y方向，分別在上導、下導軸承位、聯軸法蘭、水導軸承位安放百分表監測盤車擺度，以原廠內聯軸校擺的8個等分點作為基準（如圖1）。

圖1 內聯軸校擺的8個等分點

啟動高壓頂起轉動部分后，把第一點轉到X標位置上。把百分表調對坐標上的點，開始第一次盤車。轉動過程中覺得非常沉重，4條推桿用16個人合力來推，第一次盤車數據記錄見表1。

根據GB/T8564-2003《水輪發電機組安裝技術規范》第9.5.7條表33的規定，機組軸線的允許擺度值（雙振幅），參照本機組的轉速屬于250 r/min以下的機組，發電機軸允許的相對擺度為0.03 mm/m；水輪機軸允許的相對擺度為0.05 mm/m；根據擺度允許值，可計算出機組部位的允許值。

從第一次盤車記錄的數據來看，1、8、7、6 點，百分表顯示出的讀數均為正值，而2、3、4、5的數值為負值。從這些數據分布看，總覺得有點異常，覺得這些數據總是一邊倒。這軸線不是一條垂直線，象是一條斜線只是繞著抱軸的上導瓦轉動而己。而且這些數據還有一個特點，正值由小到大，負值卻是由大到小，軸線沒有出現折彎點。類似這樣的問題，有必要進行深入分析。第一次盤車計算出各部位相對擺度數據記錄（見表2）

表1 第一次盤車數據記錄表 （單位：mm）

表2 相對擺度情況記錄表（單位：mm）

從表2看，除了水導軸承位符合中標GB/T8564-2003規定的允許偏差值之外，其各部位都已超出規定范圍。再從表1的盤車數據來看，縱使計算的相對擺度符合規定要求，筆者認為軸線也要進一步調整。

其實，目前這條軸線并非是一條垂直的軸線，是一條繞著上導軸承瓦旋轉的斜線。見圖2所示。

圖2 軸線偏擺示意圖

2 原因分析

2.1 尋找軸線偏擺原因的思路

出現這種狀況，筆者認為應從3個方面考慮：

（1）推力軸承瓦受力不均；

（2）推力頭環鍵槽不垂直或是環鍵兩端面不平行；（3）轉動部分不平衡。

2.2 對可能產生軸線偏擺原因的分析

對可能產生軸線偏擺原因分析如下：

（1）推力軸承瓦受力不均的原因，可以排除。如果是受力不均，盤轉時每點的數據都會變動，不會出現表1中的數據；

（2）推力頭環鍵槽不垂直，或是環鍵兩端面不平行，都有可能出現這種情況。當推力頭受力以后，環鍵槽上端面和環鍵的上端面就會壓平，這樣推力頭與鏡板把合，就會形成一個斜面。盤車轉動起來a面總是正值、b面則總是出現負值，上導的測點的數值正好與之相反；

（3）轉動部分不平衡，也會出現與上述（2）相似的情形，如果出現的不平衡點在轉子上或是在轉輪上，都是會產生類似情況。

根據以上分析，我們先用塞規檢查推力頭的環鍵槽與環鍵配合狀況，看是否符合相關規定。經檢查，推力頭上、下端面用0.02 mm塞規插不進，這證明推力頭的配合是良好的。

再檢查上導軸承瓦的間隙，上導軸承瓦上、下間隙均勻不存在傾斜現象。

各種可能產生偏擺的現象排除后，覺得問題應出在轉動部分的平衡上。轉輪在廠內已做過靜平衡，出現問題的可能性應當較小，而轉子磁軛是在工地現場疊壓，出現不平衡的機率也許就比較大。

2.3 對產生超差原因的確認

為此，筆者認為有必要重新校核轉子平衡。因為，剛才檢查導軸承瓦的間隙是在靜壓狀況下進行的，現在啟動高壓頂起液壓裝置，把轉動部分頂起來，讓轉動部分處于懸浮狀態下，再檢查上導軸承瓦的間隙。轉動部分頂起來后，經過檢查4塊導瓦，X、Y方向軸上的分布點為第1點和第7點，這個方位的導瓦，上面間隙大，下面間隙小；分布點上的第3和第5點的這兩塊導瓦恰好相反，上小下大；導瓦上下間隙相差0.02 mm。這樣，總算證實了偏差是受磁軛不平衡的影響所致。

3 問題的解決

找到了問題的癥結，下一步是要對轉子磁軛添加平衡塊。其方法有二：一是反復試驗，做到平衡為止；二是先計算好應添加平衡塊的凈質量，一次添加完成。

利用靜力平衡條件，計算出兩端質量差t，設

兩端質量分別為 t1、t2；

兩端半徑差為1.mm；

兩半徑分別為 r1、r2；

兩端的凈質量相等為T=45 000 kg；

轉子直徑為D=4 700 mm。

根據靜力平衡條件計算t1、t2的值

計算得應該加平衡塊的凈質量為19.1 kg，添加在分布點的7點和8點之間。

加好了平衡塊，重新對各部位進行校核合格后，啟動高壓頂起液壓裝置，頂起轉動部分。就在轉動部分頂起來之時，奇跡發生了，轉動部分在沒有外力作用的情況下，卻自己滴溜溜地轉動了起來。這一奇跡，是筆者多年來從未見到過的，就連剛才一起盤車時推得氣喘如牛的外籍人士，看到了也感到有點神奇。

第二次盤車數據記錄如表3。

表3 第二次盤車數據記錄表

表3的盤車數據來看，無論是上導、下導、主軸法蘭及水導各部位，都有了很明顯的變化，轉子添加了平衡塊以后，軸線有了很大的改善。這也進一步證明了轉子要求進行動平衡，是很有必要的。

同時監測到鏡板的軸向擺度為0.04 mm，按國標GB/T8564-2003的表34鏡板允許的軸向擺度屬≤0.15 mm系列，故此，軸向擺度符合標準規定要求。再看表4計算出的相對擺度。

表4 相對擺度數據表

從表4分析，機組轉動部分的軸線是一條很理想的軸線。因此，當轉動部分在高壓頂起時，會在沒有任何外力的情況下，自己就轉動起來了。這與軸線的垂直和轉動部分的平衡，有著必然的聯系。所以，轉動部分在標準及圖紙和相關的技術文件里，都強調機組要進行動平衡的必要性。從以上的情況可以看出轉動部分進行平衡，是很有必要的。

4 結束語

在水電機組安裝當中，發電機轉動部分平衡與否，不只是影響在安裝過程中盤車軸線找正，更重要是影響到機組的運行。

通過盤車檢查上導、下導、水導軸承位的擺度，利用盤車測量到的數據進行分析并作出相應的處理。因此，盤車只是測定機組軸線是否符合規定要求及尋找原因的一種手段，而正確處理問題和解決問題以保證機組正常運行才是目的。

在機組安裝過程中出現問題，不同的人有著不同的處理方法，但萬變不離其宗，都要處理到符合相關規定和滿足技術要求，確保機組可靠穩定運行，才能得到用戶的認可和滿意。

[1]GB/T8564-2003，水輪發電機組安裝技術規范[S].