大型半傘式水電機組下機架水平度分析及調整

王建新， 張 平

(1. 五凌電力五強溪水電廠，湖南 懷化 419642；2. 湖南五凌電力工程有限公司，湖南 長沙 410004）

1 引言

五強溪水輪發電機組為混流半傘式機組，裝機容量5×240 MW，由德國VOITH公司與哈爾濱電機廠有限責任公司聯合設計，發電機由哈爾濱電機廠制造。

下機架由中心體和12個支臂組成，支臂底腳與基礎板采用螺栓把合，并采用徑向銷切向定位，基礎板直接埋入混凝土地基中，能承受機組最大軸向負荷。推力軸承布置在下機架中心體油槽內，推力軸承采用三波紋彈性油箱支承形式，具有自動卸載荷的能力，推力軸承設計載荷2 700 t。推力頭與轉子支架中心體下圓板以及推力頭與鏡板采用合金鋼螺栓把合，形成足夠的磨擦力。鏡板為鍛鋼制造，重15.9 t，內徑 2 870 mm、外徑 4 190 mm、厚度 280 mm，鏡面粗糙度為Ra 0.1。

五強溪2號機組1995年9月投入商業運行，2011年10月進行首次A修。在機組解體前盤車發現機組軸線存在歪斜，進而通過鏡板上平面水準測量確定下機架水平度存在超標情況。下機架水平度調整的最終目的是要使推力瓦整體平面水平度達到文獻[1]相關要求。

2 鏡板原始水準測量情況

由于五強溪電廠彈性油箱為三波紋彈性油箱結構，彈性油高度無法調整，故推力瓦平面水平也無法通過彈性油箱調整。考慮到推力軸承是安裝在下機架上，在推力軸承支撐鏡板時彈性油箱近似于無壓縮量，因此此時鏡板與下機架連接可近似為剛性連接，可認為推力瓦平面水平度等同于鏡板上平面水平度。所以可通過對下機架12個基座加、減墊的方法來調整推力瓦平面水平，從而將下機架水平度控制在0.02 mm/m范圍內。

檢修過程中，在轉子吊離以后，鏡板放置在推力瓦上，以+X方向為1號測點，沿圓周順時針方向依次1號～8號為測點（如圖1所示），測量鏡板圓周各測點相對高程分別為 0、-4、-20、-22.5、-20、-10、-4.5、-5.5（單位：0.01 mm）。計算鏡板水平度值為：0.2 mm/ 3.900 m=0.051 mm/m，根據文獻【1】要求：對于無支柱螺釘支撐的彈性油箱推力軸承的機架水平偏差應在0.02 mm/m以內，則2號機組下機架的水平度已超出標準范圍。

3 數據分析表注與計算

3.1 原始數據測量與分析

由于五強溪電廠彈性油箱為三波紋彈性油箱結構，彈性油箱高度無法調整，故鏡板水平也無法通過彈性油箱調整。考慮到推力軸承是安裝在下機架上，在推力軸承支撐鏡板時彈性油箱近似于無壓縮量，因此此時鏡板與下機架連接可近似為剛性連接，所以可通過對下機架12個基座加、減墊的方法來調整鏡板水平，從而將鏡板水平度控制在0.02 mm/m范圍內。下機架基座直徑12 200 mm，鏡板測點直徑3 900 mm，以鏡板各測點的高程值換算下機架基座對應8點的相對高程，計算公式為：12 200×鏡板圓周各測點相對高程/3 900，計算結果分別為:0、-12.513、-62.564、 -70.384 6、-62.564、-31.282、-14.076 9、-17.205 1（單位：0.01 mm），理論上講下機架圓周各點的相對高程值應符合正弦曲線分布，分析實測數據基本是符合正弦曲線分布的，設這條正弦（余弦）曲線的數學模型為：

圖1 2號機組鏡板水平測點示意圖

X為各測點對應方位角度（°） （以+X方向為0°）

式中A、B、C均為待定常數，確定常數A、B、C最理想的情形是使該曲線通過下機架各點相對高程值，但實際測量誤差和隨機誤差使得測量值不同程度的偏離理論擺度曲線。

因此要求選取這樣的A、B、C使得S=∑[f(xi)-yi]2最小，來保證每個偏差的絕對值都很小。即用最小二乘法來求出常數A、B、C。

F(X)=Asin(X+B)+C=AsinXcosB+AcosXsinB+C

設 P=AcosB，Q=sinB，則有 A2=P2+Q2

F(X)=PsinX+QcosX+C

通過解非線性方程組求解可得：

式中：Yi—各基座點相對高程值，0.01 mm

Xi—各基座測點對應方位角度（°）（以+X方向為 0°）

下機架理論相對高程函數模型計算過程如表1。

鏡板測量部位與下機架基座位置的對應關系及各部位相對高程值，見圖2。

圖2 鏡板測量部位與下機架基座位置的對應關系及各部位相對高程值（單位：0.01 mm）

表1 下機架理論相對高程函數模型計算過程（單位：0.01 mm）

3.2 加墊厚度計算

通過表1計算可以得出函數模型為：F(X)=-20.112 sinX+31.33 cosX-37.369

將下機架12個基座方位的角度值（如圖2所示：以3號基座為0°，每個基座之間相隔30°）代入函數模型就可以算出各基座相對高程值如表2 （單位：0.01 mm）：

表2 各基座相對高程值（單位：0.01 mm）

由表2可知相對高差均為負值，說明各基座均需加墊調整。考慮到五強溪電廠2號機組在裝機階段下機架已經通過加墊進行調整，現計算所得各基座相對高程數據結合下機架原有加墊值，就可以算出下機架各基座需要的總加墊值，取加墊最少的9號基座為基準點，即9號基座不加墊，其他基座總加墊值減去9號基座總加墊值的差即為其他各基座需最終加墊值，計算過程如表3（單位：0.01 mm）：

表3 各基座最終需加墊值（單位：0.01 mm）

4 下機架加墊處理

通過上述分析計算可以得出將下機架基座處原有墊片全部拆除后，按表3計算所得下機架最終需加墊值厚度加墊即可調整鏡板水平，將加墊值厚度四舍五入到精度為0.01 mm，即為最終實際加墊值,加墊大小尺寸位置與原墊片一致。實際加墊值如表4。

表4 各基座實際加墊值（單位：0.01 mm）

5 下機架水平復核

在下機架基座處按上述實際加墊值加墊調整后，待下機架、鏡板依次裝復完成，測量鏡板水平以+X為1號，沿圓周順時針方向依次1號～8號為測點，測量鏡板圓周各測點相對高程分別為：10、10、0、0、10、10、10、0（單位：0.01 mm），水平偏差為 0.1 mm/3.9 m=0.025 mm/m，鏡板各測點相對高程差最大值為0.1 mm，水準測量精度為0.1 mm，考慮測量誤差，得出鏡板加墊調整之后水平狀況得到很大改善，且水平偏差基本在要求范圍內。

6 經驗總結

若兩平行平面之間為剛性連接，則近似為兩平面水平偏差相等，通過兩平面直徑比例關系，若知道其中一個平面的相對高程可換算得出另一平面的相對高程。

同一平面圓周各點的相對高程值應符合正弦分布規律，并可通過最小二乘法算出平面各點的理論相對高程的函數模型，通過此函數模型可以得到平面任一角度的理論相對高程值。

7 結語

在立式機組A修過程中，若存在機組軸線不正、其原因為下機架水平偏差超標、需要調整下機架水平時，可以提前按下機架各基座的方位測出鏡板對應位置各點的相對高程，方便于將鏡板的相對高程直接換算到下機架各個基座上，就不需要用最小二乘法將鏡板8個點的相對高程根據角度折算到下機架各個基座上。一是避免繁瑣的計算；二是用實際測量值直接調整比用折算出來的理論值調整更為準確。

參考文獻：

[1] 中華人民共和國國家質量監督檢疫檢驗總局. GBT8564-2003水輪發電機組安裝技術規范 [S]. 北京：中國標準出版社，2003.

[2] 中華人民共和國國家經濟貿易委員會. DL/T817-2002立式水輪發電機組檢修技術規程 [S]. 北京：中國標準出版社，2002.