懸 式水輪發電機組軸線調整淺析

馬代斌

（東方電氣集團東方電機有限公司，四川 德陽618000）

懸 式水輪發電機組因推力軸承裝配分布在上機架上而得名，具有推力軸承距離水導軸承遠、軸線情況復雜、運行轉速較高等特點。

懸 式水輪發電機組軸線包括軸系幾何中心線和軸系旋轉中心線，具體由發電機主軸、轉子、水輪機主軸和轉輪等相互聯接而成。理想狀態下，軸系幾何中心線和軸系旋轉中心線各自鉛直，且彼此重合；實際安裝過程中，由于軸系加工誤差與安裝誤差的存在，需要進行軸線測量、調整，確保軸系幾何中心線和軸系旋轉中心線相互偏差在公差要求范圍內。

懸 式水輪發電機組軸線通過盤車方式測量發電機上導軸承、發電機下導軸承、連軸法蘭、水輪機導軸承的擺度值。機組軸線不合格，勢必造成盤車過程各軸領位置有比較大的擺度，本質原因主要包括各軸領旋轉中心同心度不合格和機組軸系旋轉中心線跟 鏡 板工作面垂直度不合格兩種。通過去除法（修刮和腐蝕）和加墊的方法進行調整，一般包括軸線測量、軸線分析和軸線處理三部分內容。

國內某300 MW 級抽水蓄能電站共安裝4 臺300 MW 發電電動機組，立軸懸 式結構，額定轉速為500 r/min，軸系由水輪機主軸、發電機主軸和發電機瓶型軸聯接構成，軸承系統由發電機上導/推力聯合軸承、發電機下導軸承和水輪機導軸承三部分構成，其中推力軸承采用彈性支柱螺桿結構支撐，并需要現場套裝推力頭裝配。推力軸承受力調整完成后，進行機組軸線盤車檢查與調整。根據機組結構特點，采用圓盤式工具機械盤車以及修刮推力頭卡環的去除法調整。

1 機組軸線測量

國內某300 MW 級抽水蓄能電站機組安裝過程中，在完成推力軸承受力調整和機組軸線靜態調中后，進行機組軸線測量。盤車方式為機械盤車，即把盤車工具固定于推力頭或者端軸上，抱緊發電機上導軸承瓦的同時，利用人力或橋機、滑輪等推動轉動部分使機組旋轉。測量方式為百分表擺度檢測法，即在測量部位（軸領、連軸法蘭等9 個部位）與推力頭位置沿圓周方向各劃八等分點，上、下各部位的等分點方位一致，按逆時針方向順次對應編號，并在這些測量部位的+X 和+Y 方向各架設1 塊百分表（兩表讀數相互校核），盤車連續旋轉轉動部件，在各等分點經過百分表處時停止轉動，并同步讀取各百分表數據。

為減小測量與讀數誤差，通常要求正式讀取百分表讀數之前，先勻速預盤車1～2 圈，檢查各百分表歸零情況。正式盤車與記錄百分表讀數時，采取連續點 盤2 圈，一般以第2 圈百分表讀數為依據進行軸線分析。

軸線調整是一項非常復雜、精細的工作，需要多次盤車檢測、分析與處理相配合，以下選取國內某300 MW 級抽水蓄能電站機組軸線處理前第2 圈正式盤車數據為依據進行軸線分析。

2 機組軸線分析

機組軸線盤車檢測完成后，首先分析測量數據的準確性；然后進行軸線各測量部位偏心、擺度計算，并結合各測量部分高程分布，繪制二維曲線圖，進而確定軸線的實際情況。

2.1 機組軸線盤車測量數據的準確性分析

同一軸線測量位置在第1 圈盤車過程中，排除測量位置圓周方向局部突變、百分表問題、百分表架設問題以及讀數問題，測量數據應具有以下2 個特點：

（1）精確回零，偏差小于0.05 mm。

（2）以測量值為縱軸，以等分點為橫軸，繪制出的二維曲線接近正弦曲線，且過渡平滑、無明顯角度位移。

2.2 機組擺度計算基本原理

設用百分表測得推力頭部位的讀數為CTi，測得轉動部件的讀數為CRi，測量部位的偏心角為θi，i 表示圓周方向各等分點位（i=1～8）或坐標軸方向（X、Y等），則基本計算原理公式如下：

推力頭旋轉中心（CR）偏心值為

轉動測量部件旋轉中心（CR）偏心值為

轉動部件相對推力頭的凈偏心值為

則轉動部件的絕對擺度（R）、偏心角（a）為

根據計算原理，得出國內某300 MW 級抽水蓄能電站機組軸線處理前第2 圈正式盤車的軸線擺度值。

2.3 機組軸線分布圖

以機組軸線各測量部位絕對高程值為縱坐標，以各測量部位相對發電機上導軸承（推力頭處） 凈偏心為橫坐標，繪制出機組軸線分布圖。單獨提出發電機上導軸承（推力頭處）、發電機下導軸承和水輪機導軸承的實測凈偏心，繪制出的機組軸線分布圖參見圖1。

圖1 單獨提出軸承位置的機組軸線分布圖

2.4 機組軸線調整檢驗標準

（1）水輪機導軸承相對擺度不大于0.03 mm/m，且絕對擺度不大于0.25 mm。

（2）發電機上導軸承、下導軸承相對擺度不大于0.02 mm/m。

（3）各聯 軸法蘭相對擺度不大于0.02 mm/m。

注：1）絕對擺度：指測量部位測出的實際擺度值。2）相對擺度：絕對擺度（mm）與測量部位至鏡 板距離（m）之比值。

2.5 機組軸線實際情況

（1）盤車測量的數據不存在測量準確性問題。

（2）各測量位置擺度值同比標準要求值偏大，機組軸線不合格。

（3）機組軸線聯 軸法蘭位置存在折彎。

（4）單獨提出三部軸承位置的機組軸線呈基本直線傾斜。

3 機組軸線處理

因為軸系由水輪機主軸、發電機主軸和發電機瓶型軸聯接構成，不可避免存在聯接部分輕微折彎。為更方便分析軸線，通常采取先單獨提出發電機上導軸承（推力頭處）、發電機下導軸承和水輪機導軸承的實測旋轉中心、絕對擺度值進行分析、調整，軸線處理合格后再結合軸系所有聯接法蘭處絕對擺度值進行驗證。如果軸系聯接法蘭處存在嚴重折彎，最終都可以驗證出來，且需要通過單獨分析、處理聯 軸法蘭解決。

3.1 機組軸線處理方案確定

在機組推力軸承受力與鏡 板水平 均符合標準要求的前提下，機組軸線呈基本直線傾斜狀態（單獨提出三部軸承位置的機組軸線），等同于機組軸線垂直度不合格，即機組軸線處理主要針對軸線垂直度調整。

一般情況下，可以通過去除法（修刮和腐蝕）和加墊的方法進行軸線垂直度調整。考慮到處理效果的長久安全可靠性，最終采取去除法。結合機組推力軸承位置的結構布置，共計可以處理三個面實現軸線垂直度調整：

（1）鏡 板與推力頭之間的把合面；

（2）卡環與推力頭之間的接觸面；

（3）卡環與軸系之間的接觸面。綜合考慮施工的便捷性與處理效果性，最終確定通過修刮卡環與軸系之間接觸面的方案。

3.2 機組軸線處理量確定

設機組軸線不垂直度為TF，機組軸線最大擺度為Rmax，最大擺度測量位置距離卡環修刮面距離為LF，最大擺度測量位置的偏心角為a，卡環修刮面的直徑為D，卡環最大修刮 量為Δhmax則：

其中D=0.85 mm，LF=13.53 m，可得Rmax=0.50 mm。

推出Δhmax=0.016 mm≈0.015 mm，偏心角a≈-9.76°。

3.3 卡環修刮工藝

刮卡環以處理機組軸線具體工藝如下：

（1）實測卡環修刮 前厚度；

（2）制作刮刀，宜采用合金鋼刀片；

（3）根據卡環材料選用材料接近的一塊鋼板進行試刮；

（4）根據盤車擺度，把卡環先劃分幾個均等區域；

（5）修刮 前用油筆或者紅丹粉涂抹整個面，防止有漏 刮區域，刮一遍涂抹一遍；

（6）按照區域劃分，過渡計算每個區域需要刮除的量，推薦修刮一遍遞減一個區域的辦法，即最大修刮厚度區域需要刮除區域數減1；

（7）修刮 過程中，切記均勻用力；

（8）全部修刮 完成后，用浸有透平油的天然油石蹭掉區域的高點，實測卡環厚度；

（9）蹭掉卡環上端面與軸系的非接觸面，以方便卡環安裝到位后間隙檢查。

4 機組軸線調整效果

機組軸線調整效果分為2 個部分內容，其一，軸線處理后的盤車檢測情況；其二，機組調試運行過程中的振動、擺度、瓦 溫情況。

4.1 軸線處理后的盤車檢測

因為卡環修刮的過程存在一定的偏差以及軸線本身的不規則變化，機組軸線處理的效果同比理論計算會存在一定偏差，需要吸取這個偏差，疊加到下一次軸線處理中。后續相繼進行了3 次軸線處理，分析原理以及處理方案跟第一次處理一致，最終實現軸線各測量位置擺度在標準公差范圍內，軸系幾何中心線和軸系旋轉中心線相互偏差在公差要求范圍內。

4.2 機組調試運行過程中振動、擺度、瓦 溫情況

調試運行過程中，機組軸系振動、擺度以及瓦 溫都表現出很好的效果。首次開機瓦 溫熱穩定試驗完成后，未進行動平衡配重試驗便直接進行機組機械過速試驗，這在高轉速懸 式抽水蓄能機組中實屬罕見。

后續機組調試過程中，經動平衡配重試驗配合調整、完善，機組軸系振動、擺度以及瓦 溫均實現同類型機組精品標準。

5 結語

影響機組軸線的因素很多，在安裝、調整階段可能遇到的問題也千變萬化，如單部導軸承擺度大而其余各處擺度正常或有規律、某一測點以下或以上測量數據線性增大、導軸承擺度合格而鏡 板跳動偏大或無規律以及導軸承擺度合格而鏡 板水平不合格等，要逐一排除各影響因素是一個非常復雜、精細的過程，需根據實際情況及時分析、排查和處理，尤其對于懸 式水輪發電機組軸線調整。

本文針對懸 式水輪發電機組軸線的分析與探討，運用軸領旋轉中心同心度計算和繪制二維曲線圖相結合，分析機組軸線辦法以及卡環修刮 調整機組軸線辦法，順利、高效地實現了機組軸線調整。