劉家峽排沙洞擴機工程7號機組軸線問題分析及處理方案

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧 沈陽 110179)

1 概 述

劉家峽排沙洞擴機工程有兩臺水輪發電機組，額定功率150MW。7號機組安裝完成后，通過整體盤車來檢查機組軸線。依據廠家技術文件要求，機組盤車需要在X、Y方向上抱緊4塊上導瓦及水導瓦，使導瓦與滑轉子之間間隙控制在0.03～0.05mm之間。盤車數據顯示，7號機組擺度不滿足國家及設計規范要求，針對此情況對7號機組軸線問題進行分析及處理。

2 機組軸線的測量

2.1 擺度的概念

機組總是圍繞理論中心線旋轉，由于受加工、制造、運輸、保管、安裝等因素影響，機組軸線不能與理想的理論中心線重合，會形成一個圓錐體，從而出現偏離中心的錐形擺度圓，產生擺度。當擺度值超過某一范圍時，機組在運行中就會由于擺度影響而產生劇烈振動，從而加劇機件的磨損和疲勞損壞，降低機組效率，縮短機組使用壽命。

2.2 擺度的測量

擺度測量就是用盤車的方法對已裝的機組軸線垂直度進行鑒定校正。

劉家峽洮河口排沙洞及擴機工程7號機組推力軸承為液壓支柱式推力軸承，因廠家未提供轉換成剛性盤車的相關專用工具，無法進行剛性盤車。經過廠家、監理、業主及施工方一致研究決定，進行兩種方式盤車以保證盤車數據的準確性(盤車方式：抱上導、下導瓦；抱上導、水導瓦)。

2.3 盤車

2.3.1 測量點設置

在上導軸承、上端軸下法蘭、推力頭、下導軸承、水導軸承處，沿圓周做八等分。各測量部位的等分線在同一方位，并按逆時針方向順次編為1～8號，將+X編為4號點，+Y為6號點。

2.3.2 軸線位置調整

依據前期抱瓦時的瓦間隙進行調整，保證轉動部分處于垂直狀態且在機組中心位置。

2.3.3 抱瓦

本次盤車的抱瓦方式為抱下導、水導瓦。首先將上、下、水導各安裝4塊瓦，將所有導軸瓦全部抱緊，保證機組轉動部分充分固定不會移位，然后對稱地放入四塊下導瓦，將下導瓦間隙控制在0.03mm左右；對稱放入四塊水導瓦，將下水導瓦間隙控制在0.03mm左右；完成后松開其他所有軸承瓦，使其脫離軸承部位。

2.3.4 盤車工具安裝

盤車的方法主要有三種，即人工盤車、機械盤車和電動盤車。 本機組采用機械盤車，將廠家提供的盤車專用工具用螺栓固定在上機架上，接好電源，調試完成后即可投入使用。此方法較為方便且盤車穩定，所測數據較為準確。

2.3.5 架設百分表

在上導軸承、上端軸下法蘭、推力頭、下導軸承、水導軸承處的+X與+Y方向各架設一塊百分表，表的測桿盡量與軸面垂直，在推力頭上平面設一塊百分表用來測量其跳動值，所有部位百分表必須保證位置統一。

2.3.6 盤車

盤車前用高壓油頂起轉子，使鏡板與推力瓦間產生油膜，起到潤滑的作用，完成后開始盤車，由指揮人員統一指揮，保證讀數一致。先空轉一圈，轉動過程中各層人員注意聽有無異常聲響，如一切正常，將各百分表對“0”后方可進行正式盤車。

本次盤車共盤兩圈，所得盤車數據見表1～表2。

表1 +X盤車數據 單位： μm

表2 +Y盤車數據 單位： μm

3 機組軸線偏離原因分析

通過兩次盤車數據比較，根據測量點位按順時針由小到大排列(+Y為8號點，-Y為4號點)，機組軸線偏離發生在3～7號點，發生偏移的位置在上端軸的3號點與7號點、2號點與6號點對稱位置，經過現場分析得出兩種觀點：?上端軸連接過程中未按照廠家標記校對；?設備存在缺陷。

經過現場反復核實，設備安裝不存在未按照廠家安裝導則進行的可能，利用框式水平儀在不同的四點進行測量，所得數據經仔細核實后，證實上端軸法蘭面平整度未達到設計要求，經過現場論證及征詢廠家同意，利用0.01～0.15mm銅墊找平。

4 機組軸線糾偏過程

4.1 計算加墊厚度

根據上述相對點偏差的4組數據可以得出結論：6、7號點為低點，需要在6～7號點之間加墊，根據四組數據的平均數畫出機組擺度軸線圖，詳見圖1。

圖1 機組盤車后軸線圖

根據上述數據，計算(3～7號點)加墊厚度過程如下：

上導凈擺度：-5.375μm；

下法蘭凈擺度：8.5μm；

下法蘭理論擺度應為

(1.125+0.05)/4.82=X/4.375

X=3.59μm

但下法蘭實際凈擺度為8.5μm。

上述計算說明下法蘭偏心，應將下法蘭向7號點偏移8.5-3.59=6.91μm。

上導理論擺度應為

(1.125+0.625)/4.82=X/5.89

X=2.26μm；

2.26+1.125=3.39(μm)；

上導實際凈擺度為-5.375。

上端軸向7號點移動6.91μm，上導實際擺度為-6.91+(-5.375)=-12.28μm。

與上導理論偏差為12.28+3.39=15.67μm。

所以需要加墊調整(下法蘭直徑為1700mm，下法蘭至上導距離為1865mm)。

計算得

15.67/1865=X/1700；X=14.28μm即0.1428mm。

結論：將上端軸由3號點向7號點移動0.07mm后在7號點位置加0.14mm的墊片。

同理計算2～6號點的數據，結論為：將2號點向6號點移動0.05mm，在6號點位置加0.125mm的墊片。

綜上所述，計算兩組數據的平均值得出結論：需要將上端軸由2～3號點之間向6～7號點之間移動0.06mm，且在6～7點之間加0.14mm的墊片并逐步遞減，保證上端軸下法蘭面與轉子法蘭面接觸面積達到80%以上。加墊具體情況及實際分解如圖2所示。

圖2 上端軸加墊分解圖

4.2 加墊過程

根據要求，所加墊片為鋼墊，需要根據法蘭面的結構來制作墊片。我們首先利用兩塊較為平整的木板組合在一起，畫出法蘭面的圖形，將該圖形平均15等分，如圖3所示。

圖3 實際加墊現場畫樣放點圖

我們采購了14種規格的鋼墊，厚度分別為0.15mm、0.14mm、0.13mm、0.12mm、0.11mm、0.10mm、0.09mm、0.08mm、0.07mm、0.06mm、0.05mm、0.04mm、0.03mm、0.02mm、0.01mm。根據圖3的尺寸剪裁出相應規格的墊片，如圖4所示。

圖4 墊片加工完成

將上端軸下法蘭面與轉子法蘭面用酒精清理干凈后，把剪裁好的墊片一次放入其中，確認無錯位、褶皺后落下上端軸，將連軸螺栓穿入后根據計算好的數據移動上端軸，將其移至要求位置后把緊螺栓，根據設計要求拉伸到位，加墊工作完成。

5 調整完成后盤車

重新抱緊下導、水導瓦，將瓦間隙調整在0.03～0.05mm之間，在瓦面之間涂刷一層透平油潤滑，減少摩擦力，保證盤車順利進行，調整完成后安裝盤車工具，檢查盤車工具齒輪之間的配合情況，避免偏心等狀況發生，安裝完成后架設百分表(上導、下導、水導、上端軸下法蘭、聯軸法蘭處各架設兩塊百分表)，將百分表全部歸零，完成后開始進行盤車，由指揮人員統一指揮盤車過程，確保各部位記錄人員所記錄的數據準確，本次盤車兩圈，所得數據如表3～表4所列。

表3 盤車數據(+X) 單位：μm

表4 盤車數據(+Y) 單位：μm

以上盤車數據說明，盤車結果滿足設計及規范要求，本次軸線調整成功。

6 分配瓦間隙

軸線調整后，進行瓦間隙分配，使三部導軸承中心在一條直線上，且與主軸的旋轉中心重合或平行，保證主軸在旋轉過程中不蹩勁，分配的方法是在主軸X、Y方向上設兩塊表，先安裝水導軸承，再以水導軸承間隙為基準來確定其他兩導軸承的間隙，依照圖紙要求，上導瓦單邊間隙調整為0.18mm，下導軸承瓦單邊間隙調整為0.20mm，水導瓦間隙調整為0.20mm，各項數據均滿足圖紙及規范要求。

7 實際運行效果對比

通過在發電機轉子與上端軸連接處加墊，以最小的代價將機組的軸線調整至滿足設計要求。因為整個機組的轉動部分對機組軸線的要求非常高，轉動部分的中心要與整個機組的中心盡可能重合，使偏差值達到廠家設計誤差范圍內，這樣可以避免機組高速運行過程中產生的離心運動導致各機構瓦溫異常，從而降低事故停機的概率。所以為了使機組在今后的運行中能圓滿地出力，就要力求轉動部分運行可靠。從圖5和圖6可以直觀地看到機組在加墊前后上導瓦溫的差異。圖5為加墊前上導瓦溫，存在緩慢上升的趨勢，而圖6為加墊后上導瓦溫，已趨于平穩且有回落的趨勢。在機組瓦溫考驗試驗中，瓦溫是否趨于平穩是衡量機組安裝質量的一個重要標準。

圖5 加墊前上導瓦溫曲線

圖6 加墊后上導瓦溫曲線

瓦溫考驗的數據并不能完全說明加墊后機組已達到可靠運行狀態，這里通過另外一組數據(機組的振擺)對加墊后機組的可靠運行進行補充闡述。

表5中數據是7號機組在加墊前后振動擺度值與正常的8號機組進行的比對，可以直觀地看到加墊以后沒有影響機組的運行工況。

表5 機組運行振動擺度值對比 單位： μm

經過上述圖表數據的比對，不難看出在加墊后機組的運行狀況基本上未受影響，與正常機組沒有區別。

8 結 論

目前，劉家峽擴機工程兩臺機組已正式編入劉家峽水電廠商運機組行列，為2019年黃河上游安全度汛提供了很好的保障。

本次加墊過程的分析和計算，說明整個轉動部分存在折點，折點位置在轉子上法蘭面與上端軸下法蘭面處。通過加墊的方式將折線調正，使整個轉動部分調整到一條直線，機組在轉動過程中擺度均滿足設計及規范要求，且機組運行穩定。分析過程中也發現出現此次問題的原因為設備加工存在缺陷，法蘭面不平，導致機組軸線存在折點。本次加墊是一個很普通的方法，但利用最小的付出達到了預期的效果，可為今后遇到類似問題提供經驗及依據。