立軸半傘式水輪發(fā)電機組彈性油箱水平及受力調整工藝

孫 健 波

(華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠，四川 廣元 628003)

1 概 述

寶珠寺水電站位于四川省廣元市境內(nèi)，是嘉陵江水系白龍江干流上第二座水電站，安裝4臺單機容量為175 MW混流式水輪發(fā)電機組，總裝機容量700 MW，1996年12月首臺機組投產(chǎn)發(fā)電，電站具有不完全年調節(jié)能力，擔負著四川電網(wǎng)調峰調頻和事故備用的任務。

寶珠寺電站水輪發(fā)電機組由東方電機股份有限公司設計并制造：發(fā)電機型號為SF175-44/10350，水輪機型號為HLD89-LJ-500。水輪發(fā)電機組為立軸半傘式四段軸結構，即上端軸、轉子中心體、下端軸、水輪機軸。機組共設3部軸承，分別為上導軸承、推力軸承和水導軸承。機組上導軸承為12塊巴氏合金分塊瓦，水導軸承為10塊巴氏合金偏心瓦；推力軸承為彈性油箱液壓支柱式結構，推力瓦為14塊彈性金屬塑料薄瓦和托瓦組成。其難點在于檢修中對水平與受力調整工作較復雜和煩瑣；在遵循傳統(tǒng)推力軸承水平和受力調整客觀規(guī)律，改進其調整工藝及方案值得學習借鑒。

2 推力軸承調整傳統(tǒng)工藝流程

寶珠寺電站12F機組大修，機組主要部件回裝完成后，需要對機組轉動部件軸線和推力軸承水平、受力進行重新調整和校核。傳統(tǒng)工藝流程是先調整機組水平后進行推力軸承的受力調整，分步分階段進行。

2.1 推力軸承水平調整

2.1.1 推力軸承靜態(tài)水平調整

推力軸承回裝到位后，用框式水平儀測量鏡板上部四個正方向(+X、+Y)點位靜態(tài)水平A(為校核正方向水平準確性，可以測量斜交方向四個地方)。

通過框式水平儀測量鏡板水平，通過計算得出最高點水平數(shù)據(jù)A方向；已知鏡板直徑3 340 mm,計算出最低點上升量A×3340(或最高點降低量A/3340),采用相似三角形，計算出每塊推力瓦抗重螺栓相應上升量或下降量h(推力瓦支柱螺栓上升或下降方向取決于機組轉動部件高程)。

圖1 彈性油箱結構分布圖

圖2 推力瓦實際分布調整量計算圖

通過計算，得出每塊推力瓦支柱螺栓調整量，再利用專用鉤頭扳手對其進行調整；

2.1.2 推力軸承動態(tài)水平調整

推力軸承動態(tài)水平，即機組動態(tài)盤車模擬機組正常運行狀況，測量推力軸承實時水平變化情況，通過對數(shù)據(jù)和盤車情況分析，對推力軸承水平進行校核和調整，已達到機組正常運行推力軸承最佳狀態(tài)。

推力軸承動態(tài)水平調整過程與靜態(tài)水平類似；同樣用框式水平儀測量推力軸承鏡板面水平；不同在于采用單一變量原則(即將框式水平儀指定放置在某一點不動，同時認定該點出水平為“0”)測量；然后隨機組盤車轉動，測量各盤車點位推力軸承水平數(shù)值；通過對數(shù)據(jù)分析，再根據(jù)相似三角形，計算每塊推力瓦的調整量。

2.2 推力軸承受力調整

2.2.1 推力軸承受力調整原則

調整時應兼顧鏡板水平。

2.2.2 調整前應滿足要求

(1)將主軸推至機組中心位置，檢查轉輪上、下止漏環(huán)間隙合格；

(2)主軸處于自由狀態(tài)，機組轉動部分重量落在推力軸承上；

(3)上導、水導軸瓦抱軸，單側間隙留0.03～0.05 mm；每個油箱上裝測桿(擰在保護罩上的鎖定螺孔內(nèi))，測桿前后架兩支百分表，百分表在轉子頂起后(鏡板脫離推力瓦)對＂零＂；落下轉子，松開上導、水導瓦，使大軸處于自由狀態(tài)，記錄各油箱千分表讀數(shù)并求出每個油箱中心的安裝實際變形及各油箱平均變形量(圖3)。

2.2.3 調整量的計算

(1)兩表讀數(shù)為δc>δb或δc<δb時,通過相似三角形可分別導出Δδi的值，即：

表1 寶珠寺電站12F機組A修鏡板水平調整表

圖3 彈性油箱壓縮值測量圖

aa k Δδi為各油箱中心計算變形量，i=1,2,…n；δc為各油箱外側百分表讀數(shù)；δb為各油箱里側百分表讀數(shù)。

(2)計算平均變形量。

計算抗重螺栓應調升或降角度±Li

式中Li為應調角度；S為支柱螺栓螺距。

按計算角度進行微量調整。值得注意的是，由于各油箱壓相連通，調整過程中，應整體兼顧。因此，可憑經(jīng)驗統(tǒng)一選擇0.6的折算系數(shù)進行調整。重復測量、調整，直到所有油箱變形量與平均變形量的最大差值小于0.15 mm，鏡板水平在0.02 mm/m內(nèi)。

3 推力軸承調整工藝優(yōu)化

推力軸承傳統(tǒng)調整工藝主要分為推力軸承水平和受力分步、分階段進行；其耗費的檢修時間和人員會比較多，同時，需要注意的細節(jié)因素也很多，稍微有哪一點未控制到位，就需要重新推倒重來；時常會出現(xiàn)鏡板水平調整合格后，而各彈性油箱受力值卻相差較大，無法做到水平與受力相兼顧；導致其水平與受力調整工作必須重頭再來；但現(xiàn)實檢修中對工期和檢修質量要求逐步提升，因此必須對推力軸承水平和受力調整上提出更高的要求和挑戰(zhàn)。

在寶珠寺電站2018年12F機組A修中，參照水電六局在太平灣水電站《液壓支柱式推力軸承受力調整的嘗試》一文中，將推力軸承水平與受力同時進行分析處理。

3.1 準備階段

(1)將機組轉動部件推至機組中心位置，檢查轉輪上部固定止漏環(huán)間隙合格，保證在機組頂轉子過程中無擦掛和磕碰；

(2)主軸處于自由狀態(tài)，機組轉動部分重量落在推力軸承上；

(3)用上導4塊軸瓦，水導6塊軸瓦抱緊大軸，軸瓦單側間隙留0.03～0.05 mm，保證軸瓦抱軸緊度適當；在每塊推力瓦油箱上裝測桿(擰在保護罩上的鎖定螺孔內(nèi))，測桿前后架兩支百分表，百分表在轉子頂起后對“零”，計算每塊百分表小針讀數(shù)，避免由于小針讀數(shù)錯誤造成后續(xù)調整量的錯誤。

3.2 調整過程

(1)用框式水平儀測量推力頭上部四個正方向點位靜態(tài)水平B(為校核正方向水平準確性，可以測量斜交方向四個地方)；

(2)用頂轉子專業(yè)油泵將轉子頂起6-8 mm，為防止轉子落下，將制動器鎖定螺母旋緊；根據(jù)測量鏡板水平B通過相似三角形，計算每塊推力瓦應調量，用專用扳手對其進行調整(鏡板水平計算過程和數(shù)據(jù)處理，以及推力瓦支柱螺栓調整與上述推力瓦靜態(tài)水平調整工作相同)；

圖4 鏡板水平測量圖

表2 寶珠寺電站12F機組A修鏡板水平調整表(第一次)

(3)當鏡板水平調整完成后，鎖緊每塊推力瓦擋塊螺栓和鎖片；然后松開制動器鎖緊螺母，將轉子緩慢落下來；記錄每塊推力瓦油箱壓縮值Δh。

表3 第一次彈性油箱壓縮值調整記錄表(Δh)

觀察表3可知，各彈性油箱最大壓縮值與最小壓縮值之差遠遠大于檢修技術要求0.15 mm，此時測量鏡板水平為0.026 mm/m，應該在技術要求合格邊緣；按照傳統(tǒng)工藝要求，此時需要精調鏡板水平，并同時兼顧調整各彈性油箱受力；但根據(jù)之前的檢修經(jīng)驗，這時往往會出現(xiàn)其水平調整和受力無法兼顧。通過對此類檢修工藝流程分析，發(fā)現(xiàn)其水平和受力調整結果與轉子起落后所處位置，導軸承瓦抱緊大軸緊度以及導軸瓦松開后機組轉動部件自由度等存在較大關系；從而導致彈性油箱水平、受力變化無規(guī)律可循。

參照類似電站彈性油箱受力調整工藝；為減少上述多重因素影響以保證大軸垂直，機組轉動部分大致處于中心位置，上導、水導在抱緊大軸情況下，采取起、落轉子，同時推力軸承水平與受力測量和調整時也不用松開導軸瓦；保證其調整前后大軸所處狀態(tài)相同；通過此類方法可以將存在多重變量因素加以控制；從而消除由于機組所處位置和導軸瓦松緊程度不一造成各彈性油箱的偏壓所產(chǎn)生的壓縮量與大軸垂直條件下壓縮變化值不一致情況。

采用上述方法實施，在轉子頂起狀態(tài)下，調整鏡板水平和各彈性油箱受力；轉子落下狀態(tài)，測量各彈性油箱受力和鏡板水平。

表4 寶珠寺電站12F機組A修鏡板水平調整表(第二次)

轉子落下彈性油箱受力情況見表5

表5 第二次彈性油箱壓縮值調整記錄(Δh)

采用相似三角形對鏡板水平數(shù)據(jù)進行精調計算處理，調整完成后測量鏡板水平0.014 mm/m，已達到檢修技術要求(<0.02 mm/m)；此時根據(jù)第二次彈性油箱壓縮值調整記錄，發(fā)現(xiàn)彈性油箱最大壓縮值與最小值壓縮值差值相比較第一次調整記錄差值明顯減小，但距離檢修技術要求還存在差距；此時還需要進一步對彈性油箱受力進行調整。

彈性油箱受力測量，采用兩塊百分表進行測量，主要是為了獲取更多組數(shù)據(jù)，將其受力更加精確和量化；但調整彈性油箱受力往往會出現(xiàn)(圖5)兩種情況；計算時需要將里側百分表和外側百分表的形變量折算到彈性油箱本體中心變形量；同時考慮彈性油箱的特點，需要將其調整量乘上經(jīng)驗系數(shù)，精確得出每個彈性油箱的調整情況，見表6。

圖5 彈性油箱壓縮值實際形態(tài)圖

表6 寶珠寺電站12F機組推力瓦受力調整表

按照上述數(shù)據(jù)調整完成后，并保持原有狀態(tài)(大軸垂直，轉子與轉輪在中心位置，上導、水導在抱緊大軸)；轉子落下彈性油箱受力情況見表7：

表7 第三次彈性油箱壓縮值調整記錄表(Δh)

通過對各彈性油箱進行精準調整，測得外側百分表彈性油箱最大壓縮值與最小壓縮值之差為0.09 mm,里側百分表彈性油箱最大壓縮值與最小壓縮值之差為為0.18；但將里側和外側百分表數(shù)據(jù)折算到彈性油箱中心處其壓縮值之差小于0.15 mm；此時需復測鏡板水平是否符合檢修技術要求(B<0.02 mm/m)。

為了更直觀的判斷該方法的準確性和可行性；此時松開上導、水導處軸承瓦，確認機組轉動部件自由度良好情況下，再次測量鏡板水平和各彈性油箱壓縮值見表8。

表8 第四次彈性油箱壓縮值調整記錄表(Δh)

記錄測得鏡板水平0.15 mm/m；符合檢修技術要求(B<0.02 mm/m)。觀察第四次彈性油箱壓縮值記錄表可知；該狀態(tài)下各彈性油箱壓縮值與第三次記錄數(shù)據(jù)相近，其偏差在0.01～0.02 mm；此時水平也與之前狀態(tài)水平相近，其偏差只有0.01 mm/m；說明上述新型工藝測量數(shù)據(jù)真實性和可信性很高。

在機組開機過程后，分別觀察機組在空轉、空載和帶滿負荷時推力軸承瓦溫變化清風，發(fā)現(xiàn)推力軸承瓦軸在兩個小時左右基本達到穩(wěn)定，且瓦溫最高與最低相差2～3 mm，機組各項指標運行情況良好。

表9 寶珠寺電站12F機組修后正常運行不同工況下推力瓦溫記錄表 /℃

4 結 語

寶珠寺12F機組A修彈性油箱推力軸承水平和受力調整新工藝，是在先前工作工藝流程基礎上加以改進的，也是近20多次系統(tǒng)調整嘗試中總結的經(jīng)驗；其最終處理結果及機組開機后的運行參數(shù)均取得了比較理想的效果。該彈性油箱水平及受力調整方法可為同類型的機組推力軸承水平與受力調整提供有益的借鑒和參考。