泰山抽水蓄能電站1號機組軸線分析調整

趙曉東，張西克，張印玲

（1.國網新源控股有限公司檢修分公司，北京市 100068；2.山東泰山抽水蓄能電站有限責任公司，山東省泰安市 27100 ）

1 概述

所謂機組的軸線就是旋轉大軸的幾何中心線，由上端軸、發電機軸、水輪機軸等組成。軸線調整工作是機組在安裝和檢修工作中很重要的一項內容。軸線質量的好壞直接影響安全運行，如果一臺機組的軸線不好，機組在運行過程中的振動就會加大，使各軸承的運行進入惡性循環。機組軸線調整就是對不合格的軸線，根據軸線測量提供的機組軸線的擺度數值和方位，對某些部件進行處理，使機組軸線各部位的擺度值[3]達到國家規定標準。

2 軸線分析調整的步驟

（1）軸線測量。通過盤車測量主軸典型部位的擺度值，看其是否符合國家規定標準，為軸線處理工作提供依據。軸線測量是整個軸線工作的基礎。

（2）軸線處理。利用軸線測量的結果，找出產生主軸傾斜或曲折的因素，并相應地進行處理，使機組各典型部位的相對擺度值在允許范圍內。軸線處理是整個軸線工作的關鍵。

3 機組結構

泰山抽水蓄能電站水輪發電機組為立軸、半傘式結構[1]，水輪發電機轉動部件總重量為700.8，機組額定轉速為300r/min。

機組轉動部分軸共分5段，分別為：滑環小軸、發電機上端軸、轉子中心體、發電機軸、水輪機軸。其中滑環小軸與上端軸連接，上端軸下端部與轉子中心體上端部相連接，轉子中心體下端部與發電機軸上端部相連接，發電機軸與水輪機軸相連接[1]。具體結構見圖1。

推力軸承布置在下機架上，與下導軸承組成組合軸承。推力軸承推力軸瓦共10塊，采用彈性支撐結構，下導瓦16塊分塊瓦，油冷卻系統采用推力軸頭泵自循環冷卻。

上導布置在上機架中心體內，軸瓦16塊，為油浸式、自循環、分塊瓦可調式結構。

水導軸承布置在頂蓋上，軸瓦12塊，為油浸式、強迫油循環、分塊瓦可調式結構。

上導軸承處至推力鏡板處距離為4840mm；下導軸承處至推力鏡板處距離為170mm；水發連軸法蘭處至推力鏡板距離為4155mm；水導軸承處至推力鏡板處距離為8625mm。

圖1 水輪發電機組結構圖1—滑環小軸；2—上端軸；3—轉子中心體；4—發電機軸；5—水輪機軸Fig．1 Structure diagram of hydroelectric generating set

4 軸線測量

4.1 盤車前準備工作

在上導軸頸、下導軸頸、水發連軸上下法蘭、水導軸頸處沿圓周劃八等分點，上中下各部分的等分線對應同一方位，按照逆時針方向順次編號。檢查確保推力瓦水平度小于0.02mm/m[2]。

抱緊4塊下導瓦，瓦背楔子板打緊后，將下導瓦間隙調整至0.04mm，瓦面滴入透平油。

清掃檢查轉動部件上雜物，檢查所有轉動部分與固定部分之間間隙，確認無雜物及卡阻及刮碰。

在上導軸頸、下導軸頸、水發連軸上下法蘭、水導軸頸處，按+X、+Y方向各設置1只百分表，作為測量擺度值用，百分表測桿應留有足夠的預壓縮量、大指針調零。

上述檢查完畢后，進行盤車檢查。

4.2 盤車檢查

采用連續盤車。投入高壓油頂起裝置，轉動主軸，待主軸勻速轉動后，撤去外力，自第二圈開始讀數并記錄，得到5組盤車數據，數據分析時以第三圈數據為準，待主軸停止轉動后退出高壓頂起裝置。

4.3 盤車數據整理

機組軸線調整前的各軸頸與法蘭處的百分表讀數見表1。

表1 修前盤車百分表讀數Table 1 Repair before turning off the dial gauge 0.01mm

機組軸線調整前的各軸頸與法蘭處的全擺度、凈擺度、最大相對擺度計算過程見表2和表3。

表2 修前盤車各處的全擺度Table 2 Repair before the full swing of turning around the 0.01mm

根據GB/T 8564—2003中9.5.7要求上導軸承相對擺度不超過0.02mm/m；水導相對擺度不超過0.04mm/m[4]；根據實測數值計算上導相對擺度0.0599mm/m；水導為0.0104mm/m；上導軸承相對擺度數值超標。

表3 修前盤車各處的凈擺度Table 3 Repair before the turning around of net swing 0.01mm

4.4 盤車數據分析

當機組軸線與其旋轉中心線不相重合時，各旋轉部件在圍繞自身軸線自轉的同時，還圍繞機組旋轉中心線作公轉。主軸某一個橫截面上軸面各點的運動軌跡是以旋轉中心為圓心的同心圓，其中一點軌跡圓最大，一點軌跡圓最小。軸面上各點的運動軌跡不同，反映到百分表的讀數就是各軸號擺度值的不同，其擺度遵循余弦或正弦規律。

對于主軸某一個測量斷面而言，最大全擺度值只有一個，數值上等于軸心與旋轉中心偏心距的兩倍。

將機組修前上導、水導軸領處軸分點對應數值曲線進行擬合，數據曲線見圖2。

圖2 修前機組上、水導軸領分點擺度曲線圖Fig．2 Before the repair unit，water guide shaft collar point swing curve

其中紅色曲線為上導軸領X向分點曲線，青綠色曲線為上導軸領Y向分點曲線；藍色曲線為水導軸領X向分點曲線，粉紅色曲線為水導軸領Y向分點曲線。

由圖2可以看到：

曲線具有余弦或正弦規律，且X、Y向數據相互校核，規律性一致。且波峰與波谷的相位差為180°。

上導部位：1點波谷，5點波峰，峰谷差0.3mm，最大點位中心偏差0.15mm。

水導部位：6、7點間波谷，2、3點間波峰，峰谷差約0.08mm，最大中心偏差約0.04mm。

（1）上導盤車數據分析：

因下導軸領與推力鏡板距離很近，結合下導軸領處讀數，并且推力頭與發電機軸為焊接一體結構，焊接完成在進行車床精加工，因此推力頭不會產生偏斜現象。

轉子中心體與推力頭采用止口粗定位，配合面采用機床精加工。定位后，再用10個外徑120mm偏心銷套精確定位[5]。轉動過程中該部位不會發生松動平移。

轉子中心體與發電機上端軸采用止口粗定位，配合面采用機床精加工，定位后再用2組4個外徑20mm的圓柱銷釘精確定位，見圖3。

圖3 上端軸固定銷釘Figure 3 The upper end of the fixing pin shaft

結合上導部位盤車數據和上端軸固定銷釘結構，分析認為：上端軸通過上導軸承將力傳遞至上機架，上端軸固定銷釘結構和強度存在問題，長期運行，導致上端軸產生徑向位移，從而引起機組的軸線發生變化。

（2）水導盤車數據分析：

水導軸頸處最大中心偏差約0.04mm，水導相對擺度為0.0104mm/m，低于GB/T 8564—2003規定0.04mm/m的要求[4]，在此不再進行分析處理。

5 軸線調整分析

5.1 軸線調整

由分析可知導致機組上導軸頸處相對擺度過大的原因是上端軸發生了偏移，所以調整方法是將上端軸進行平移。即沿上導軸頸5號軸分點處向1號軸分點平移上端軸，平移0.15mm。

處理過程：

（1）在軸分點1號處架設百分表調零，監視平移量。

（2）在90°方向7號點架設百分表調零。

（3）松開上端軸與轉子把合螺栓。

（4）沿上導軸頸5號軸分點處向1號軸分點平移上端軸，平移0.15mm。

（5）頂軸過程中，注意7號點應無變化。

（6）然后打緊把合螺栓和銷釘，撤去千斤頂。

5.2 修后盤車

調整完成后再進行一次盤車，盤車數據見表4。

表4 修后盤車百分表讀數Table 4 Repair after turning off the dial gauge 0.01mm

經過整理計算：修后上導軸頸處最大相對擺度0.004mm/m；遠低于規范要求上導軸承相對擺度不超過0.02mm/m；水導軸頸處最大相對擺度0.010mm/m，低于規范要求水導軸承相對擺度不超過0.04mm/m。機組軸線經調整后各處的相對擺度均符合規定，機組軸線合格。

為防止上端軸再次發生位移，在機組軸線調整完畢后對上端軸與轉子中心體結合面處分4個方向進行了點焊處理。

6 結束語

本文針對泰山抽水蓄能電站1號機組軸線調整過程中出現的上導軸頸處擺度偏差較大的問題，分析認為是上端軸的平移導致了軸線不滿足規定要求，在軸線調整的過程中根據所測數據對上端軸進行了平移，并通過前后所測數據的對比驗證了調整方法的正確性。

[1] 白延年．水輪發電機設計與計算[M]．機械工業出版社，1972．BAI Yannian． Hydrogenerator design and calculation[M]．Machinery Industry Press，1972．

[2] VOITH-FUJI發電機組安裝質量技術標準，2004．VOITH-FUJI Turbine installation quality and technical standards，2004．

[3] 黃景湖．準確把握水電機組“擺度”的涵義[J]．水電站機電技術，2004，1：4-8．HUANG Jinghu．Accurately grasp the meaning of hydropower unit “swing” [J]．Electrical Technology Station，2004，1：4-8．

[4] GB/T 8564—2003 水輪發電機組安裝技術規范[S]．北京：中國標準出版社，2004．GB/T 8564—2003 Hydro technical specifications for installation[S]．Beijing ：China Standard Press，2004．

[5] 王玲花．水輪發電機組安裝與檢修[M]．中國水利水電出版社，2012．WANG Linghua．Installation and maintenance of hydro-generating unit[M]．Beijing ： China Water &Power Press，2012．