抽水蓄能機組軸線測量調整淺析

樊衛彬，趙 鋒，田 鵬，王 昆

（1.華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 天臺317200；2.安徽績溪抽水蓄能有限公司，安徽 宣城242000；3.浙能紹興濱海熱電有限責任公司，浙江 紹興312000）

1 引言

績溪抽水蓄能電站位于安徽省績溪縣伏嶺鎮，設計安裝6臺單機容量300 MW的立軸、懸式、三相、50 Hz、空冷、可逆式同步式機組，年平均發電量30.15億kW·h，年抽水用電量為40.2億kW·h。電站以500 kV電壓等級出線接入華東電網，在系統中擔任調峰、填谷，調頻、調相、黑啟動和事故備用等任務。

機組軸線顧名思義指的是機組旋轉大軸的幾何中心線，包括集電環軸線、發電機主軸線、發電機與水輪機連軸線。機組中心的確定和軸線測量調整是安裝、調試工作中很重要的一項內容，軸線誤差是否越限直接影響機組運行的安全穩定性，若機組的軸線出線傾斜或折線異常情況，則機組在回轉過程中的振動就會加大，甚至導致機組轉動部分和固定部分碰撞損壞。機組安裝過程中需通過掛鋼琴線的方法來確定并調整機組軸線；機組總裝完成后，需要通過盤車來測量有關部位的擺度值，進而分析軸線產生擺度的原因、大小和方向，通過刮削、墊高等措施，使機組軸線各部位的振動擺度值調整到所允許的范圍內。

2 盤車測量

2.1 所需設備

（1）百分表：8個，分別設置在推力頭、上導軸領、發電機法蘭處、下導軸領的+X、+Y方向。

（2）盤車工具：1套

2.2 測量前的準備工作

（1）檢查各導軸承軸領及其導軸承瓦工作面，其表面應干凈，無任何灰塵以及異物。

（2）再次核查鏡板水平度誤差不大于0.02 mm/m，大軸傾斜度誤差不大于0.02 mm/m。

（3）從上到下分別在集電環、推力鏡板、上導軸領、下導軸領、發電機主軸和水輪機軸法蘭、水導軸領處，沿圓周劃分等分線，上、下各部位的等分線應在同一方位上，并分別按逆時針方向從1～8進行編號。

（4）在各測量部位X、Y方向以及鏡板徑向、軸向，各設置1塊百分表，表頭應與所測量部位的表面垂直，且上、下百分表都在同一方位上。要求百分表大指針對0，且小指針有2～3 mm的壓縮量。

（5）在機組軸系處于自由狀態下，分別按單側間隙0.02～0.03 mm抱緊相鄰瓦間互成90°夾角的4塊上導瓦，抱瓦前應在各導軸承瓦工作面上抹上干凈的透平油，抱瓦時應用百分表監視相應位置處軸位移情況，以防止抱瓦過程中機組轉動部分中心發生改變。

2.3 盤車

（1）在上、下導軸承處各放置4塊導瓦來固定大軸。

（2）開啟高頂系統，檢查高頂系統工作正常。

（3）在現場盤車時，為了便于計算，一般先調整瓦間隙，使得在盤車時上導百分表讀數為零。績溪電站1號機的上導瓦間隙是通過楔形塊進行調整。具體做法是手動帶緊上導瓦螺栓，然后進行盤車，檢查上導百分表在各點讀數均為零。為防止上導瓦抱死，嚴禁用扳手施加力矩。

（4）采用機械制動裝置外接油壓頂起轉子，落下轉子，將所有百分表校對零位。開啟高壓油頂系統，按機組旋轉的方向，轉動機組轉動部分，每轉到一個等分位，退出高壓油頂系統，同時讀取各部位測點百分表的讀數并記錄。

（5）根據各部位百分表讀數，換算出機組各測量部位剛性狀態下的擺度值，是否符合GB/T8564-2003第9.5.7第c條的規定；同時，其鏡板軸向擺度值是否符合GB/T8564-2003第9.5.7第d條的規定。

（6）盤車過程中，每旋轉轉動部件180°時，測量定、轉子之間的空氣間隙，計算定子相對于轉子的同心度不大于0.20 mm。

（7）盤車過程中，檢查水輪機止漏環環間隙，根據測量數據對轉動部件中心進行必要的調整，合格后楔緊轉輪，確保轉動部分不再移動。

表1 績溪發電機參數

2.4 盤車測量

由于抽蓄機組轉動慣量過大，人工盤車時無法準確的及時停下，為了保證讀數的準確性，可利用手機進行錄像，然后進行讀數。

對于盤車應保證在機組轉動一周后百分表讀數能夠可靠的回0；如果不回0，則其值也應不大于0.05 mm。

對懸式機組來說，當發電機軸線與推力瓦面不平行時，當機組回轉180°時，軸線的傾斜方向就會轉到相反的方向。同時由于上導軸承處存在間隙，則在機組轉動時軸線則在軸承間隙范圍內發生位移，則上導軸承的百分表讀數實際為軸線的徑向位移e，而發電機法蘭處的讀數j實際為軸線的傾斜值與軸線位移之和。

圖1 軸線測量關系示意圖

（1）上導處全擺度

式中φa為上導處全擺度，mm；φa、為上導旋轉后讀數，mm；φa0為上導初始讀數，mm；e為主軸徑向位移，mm。

（2）法蘭處全擺度

式中φb為法蘭處全擺度，mm；φb'為法蘭旋轉后讀數，mm；φb0為法蘭初始讀數，mm；j為上導與法蘭之間的軸線傾斜值，mm。

（3）凈擺度

同一測點上下兩部位全擺度之差稱為凈擺度，法蘭處凈擺度為：

式中φba為法蘭處的凈擺度，mm。

由于軸線的傾斜值是根據理想中心線進行確定的，則傾斜值為φba/2=j

同理，以此可以算的4個測點方向上的凈擺度。

表2 1號機發電機+Y方向盤車記錄單位：0.01 mm

表3 1號機發電機+X方向盤車記錄單位：0.01 mm

則根據由式（1）、（2）、（3）可知，最大的傾斜值在測點“5”+Y方向j=0.155 mm、凈擺度為0.31 mm，+X方向j=0.16 mm、凈擺度為0.32 mm。

所以下導最大的傾斜值為5號點，由于推力頭與發電機軸始終呈90°，故推力頭最低點為與5號點呈180°的1號點。

表4 發電機參數

3 軸線調整

根據廠家指導意見，現場選擇在推力頭和鏡板之間加不銹鋼墊片來調整下導擺度（見圖2）。

3.1 墊片調整量計算

如圖3所示，根據三角形相似原理可知：

式中：L1為鏡板與推力頭之間所需減少墊片的厚度，mm；φ為發電機法蘭處得凈擺度，mm；D為鏡板上端直徑，mm；L為兩測點距離，mm。

3.2 機組軸線調整

（1）首先拆除推力頭和鏡板之間的連接螺栓。（2）風閘的頂轉子腔用電動試壓泵打壓，將發電機轉動部分頂起，使得推力頭和鏡板分離。

（3）去除推力頭和鏡板之間的銷釘，防止推力頭和鏡板發生相對轉動。

（4）在事先標記的“1”測點向“5”測點從高到低過渡加0.05 mm、0.03 mm的墊片，根據往常軸線調整經驗，對于加墊調整軸線的機組一般加墊加到鏡板中心線，詳見圖2、圖3。

（5）將推力頭與鏡板重新組裝，再次盤車測量發電機法蘭處的擺度，數值處于合格范圍內。

圖2 推力頭與鏡板間加的調整墊片圖

4 結論

機組軸線測量、調整是新機組安裝完成后必不可少的一項工作，安裝過程中雖然通過鋼琴線找中心方法確定中心，但由于安裝工藝或者主軸本身的原因往往會出現軸線曲折或者傾斜的情況，故在安裝后通過盤車進行軸線測量，進而結合實際情況采取刮絕緣墊、刮卡還、加墊片等方式進行調整，績溪電站1號機組采用了增加不銹鋼墊片，為后續5臺機組的投運積累經驗，同時為其他電站機組軸線測量調整提供借鑒。