喜河水電廠1號機組上端軸同軸度偏心分析處理

田 峰

(陜西漢江投資開發有限公司喜河水力發電廠,陜西省石泉縣 725271)

1 工程概述

喜河水電廠安裝3臺單機容量為60 MW的軸流轉槳式機組，發電機型號為SF60-52/9500，水輪機型號為ZZD394-LH-580，由東方電機生產制造。機組采用分段主軸結構，水輪機主軸下接轉輪，上接發電機主軸，主軸長度5 965 mm。主軸為中空結構，中心布置有內油管和外油管2根同心操作油管。發電機是具有上導軸承的半傘型結構，發電機上端軸連接在發電機轉子上端面上。上端軸為圓管式結構，下端面為一體式法蘭，中部為熱套安裝的滑轉子。滑轉子外表面與上導軸承配合工作，維持發電機在一定的中心位置運轉并承受徑向力。內壁與油槽擋油桶配合，維持軸承潤滑動、靜油位。

2 問題發現及原因

(1) 在設備檢修維護中發現上導軸承測量數據偏大、軸承溫度偏高，發現上導軸承油槽甩油。在機組A級檢修中，發現上端軸上端加工面與下段工作面同心度存在較大偏差，導致上導擺度數據偏大[1]。

(2) 1號機經過加裝接油槽和下降油位等措施，甩油現象逐漸減小，隨著機組運行擺度及振動的變化，仍有少量甩油現象。經過改進處理后，A級檢修實測上導擋油桶底部和主軸間隙仍有偏心[2]，通過盤車再次確認，發現問題出現在上端軸滑轉子的圓度上，為了機組在平時運行時能夠準確地監視數據，徹底解決上導油槽甩油現象，對上端軸進行返廠處理。

3 同軸度偏心測量數據分析

在喜河水電廠1號機組A級檢修過程中，經現場試驗及實際測量證明，上導軸領上端加工面(即通常所用的上導擺度測量段)與下段工作面存在不同心問題。具體情況從以下幾點分析。

3.1 低轉速下上導擺度對比監測

在現場實際試驗測量過程中，分別在上導軸領上端加工面(即擺度探頭測量段)、軸領下段工作面(上部、中部、下部)和上端軸頂端架設百分表[3](見圖1)，并在機組低轉速情況下監測擺度變化情況，理論上各點擺度應大致相同，但經實際測量發現其各點擺度如表1所示[4]。

圖1 上端軸結構及布置測量圖

測量部位X方向/mmY方向/mm備注上端軸頂端0.110.12 軸領上端加工面0.510.58軸號3點擺度最大,說明中心向軸號7點偏軸領下段工作面(上部)0.070.08 軸領下段工作面(中部)0.060.05 軸領下段工作面(下部)0.050.05

3.2 同心度裝配尺寸測量

對上導軸領肩部寬度進行測量發現，最大偏差處軸號3點寬度為114.30 mm、7點寬度為114.14 mm，從數據的趨勢上也可判斷軸線中心偏向了軸號7點處。具體測量數據見圖2。

3.3 變轉速下上導擺度對比監測

經初步確認上導軸領上端加工面存在偏心問題后，決定在各個轉速狀態下進一步對上導擺度進行對比監測。此次在上端軸設3處測點，上導軸領上端加工面及上端軸頂端分別在+X、+Y方向設擺度探頭，軸領下段工作面-X、-Y方向設百分表[5]。對比試驗結果見表2所示。

圖2 上導軸領測量示意圖 單位：mm

/μm

從表2試驗數據中能看到，軸領上端加工面擺度較大。

3.4 上導擺度穩定性試驗對比監測

穩定試驗過程中，分別在上端軸頂端、上導軸領上端加工面及下段工作面分別架設擺度探頭。在各試驗運行工況下，上端軸頂端擺度始終顯示在0.25～0.45 mm區間、上導軸領上段加工面擺度始終顯示在0.50～0.80 mm區間、而上導軸領下段工作面擺度卻顯示在0.10～0.35 mm區間。此數據顯示軸領上端加工面存在不同軸偏心問題。

3.5 上導擋油桶底部和主軸間隙測量

實測上導擋油桶底部和主軸間隙存在1 mm偏心，滑轉子與擋油桶配合間隙設計為5 mm。1 mm的偏差對5 mm的設計間隙是20%的影響，造成大軸和油槽偏心，在機組運行時產生離心作用，所以，導致油槽甩油。

3.6 分析對比

通過上述數據的分析和對比，斷定軸領上端加工面即存在偏心問題。這就不能真實地反映上導軸線的真實擺度，機組擺度的測量主要以監視軸線在各點處位移量為基準，而上導軸領上端加工面本身加工精度不夠，只能間接地反映上導擺度，以其作為上導擺度測量基準就不能真實地對其進行測量和監視。同時，確定了上端軸滑轉子偏心，也就找出了上導油槽甩油的原因。

4 處理結果

4.1 上端軸加工處理及問題解決

1號機組A級檢修將上端軸拆除后返廠，對上端軸圓度進行再次的復測，圓度在0.3 mm之內，符合設計要求。按圖紙要求滑轉子與導瓦接觸面的圓度和同軸度要求均在0.03 mm之內，經測量，發現滑轉子的圓度和同軸度嚴重超差，超差范圍需要半徑0.75 mm左右的加工量，所以滑轉子直徑加工余量為1.5 mm。對滑轉子進行圓度加工，需考慮2個方面問題：

(1) 滑轉子外徑縮小1.5 mm，對配合的上導瓦正常使用是否有影響。通過復核計算分析，滑轉子外徑縮小后，對瓦承載能力及溫度無不良影響。

(2) 為保證瓦間隙不變，導瓦的調整塊需要向內徑方向移動，需確認舊調整塊是否存在調節余量，是否可用。調整塊比例為1∶20，針對滑轉子直徑縮小后對導瓦間隙調節調整塊產生的影響，導瓦調整塊單邊間隙調節余量將增大15 mm(0.75 mm×20)，原有調整塊不可用，根據實際情況重新加工調整塊1套。

4.2 上導擋油桶處理

由于上端軸滑轉子中心進行不同軸處理，相應對上端軸擋油桶尺寸進行復核，分解滑轉子和擋油桶，并對擋油桶圓度進行了復測，圓度在0.3 mm之內，符合設計要求。為了消除擋油桶甩油現象，在擋油桶上部端面加焊了寬度為3 mm內部擋油環板(見圖3)，有效地解決了潤滑油爬升現象。

圖3 檔油桶加工圖

4.3 測試結果

在不同工況下進行了穩定性測試，具體測點包括：上導、推力、水導軸承處的擺度；上機架水平、垂直振動；下機架水平、垂直振動；頂蓋水平、垂直振動。測試結果如表3。通過上述問題正確分析及處理，上端軸同軸度偏心得以糾正，機組油槽甩油現象消除，喜河水電廠機組運行符合設計參數和相關測試標準，如表4所示[1，2]。

表3 機組測試參數穩定性限值表

表4 喜河水力發電廠1號機組A級檢修后穩定性測試結果記錄表

機組上端軸偏心糾正后，機組在不同工況下能穩定運行，處理故障消除。

5 結 語

機組軸線的同心度，直接影響到機組的運行質量，喜河水電廠1號機組擺度、振動偏大問題的解決，反映了檢修隊伍的檢修技術水平。通過數據的分析和對比判斷，準確地確定了設備存在問題原因，合理制定處理方案，使大軸軸線垂直，導瓦間隙分布合理，最終使機組振動和擺度在規范范圍內，保證了機組在各種負荷工況下安全、穩定、運行，達到預期處理效果，為同類問題的處理提供了借鑒意義。

參考文獻:

[1] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.水輪發電機組安裝技術規范：GB/T 8564-2003[S].北京：中國標準出版社出版，2004.

[2] 中國國家標準化管理委員會，中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.水輪機基本技術條件：GB/T15468-2008[S].北京：中國標準出版社出版，2008.

[3] 國家能源局.水輪發電機組振動監測裝置設置導則:DL/T 556-2016[S].北京：中國電力出版社出版，2016.

[4] 國家質量技術監督局.旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評定 第1部分 總則：GB/T 11348.1-1999[S].北京：中國標準出版社出版，1999.

[5] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.機械振動在非旋轉部件上測量評價機器的振動第1部分 總則：GB/T6075.1-2012[S].北京：中國標準出版社出版，2012.

[6] 中華人民共和國國家質量監督檢驗檢疫總局.水輪發電機組狀態在線檢測系統技術導則：GB/T 28570-2012[S].北京：中國標準出版社出版，2012.