立式水輪發電機組軸線測量和調整在實踐中的應用

摘要：為解決立式水輪發電機組中軸線測量和調整的問題，通過擺度計算，先對發電機組轉子軸線進行測量和調整，再對發電機組整體軸線進行測量和調整，從而快速、精準地完成軸線調整，提高檢修效率。

關鍵詞：立式水輪發電機組;機組軸線;測量;調整;應用

0 引言

立式水輪發電機組的軸線是由發電機軸、水輪機軸、中間軸通過推力頭與鏡板將整根軸支承在推力軸承上而組成，各部件在連接過程中會發生曲折及偏心，使機組運行中軸線在旋轉時偏離理論旋轉中心旋轉，致使機組振動加劇、擺度增大，危害機組的安全運行，甚至會直接造成機組損壞。為防止機組擺度超過允許值，保證機組安全運行，機組檢修過程中必須嚴格對機組軸線進行測量和調整。

1 測量和調整的具體方法

在立式水輪發電機組安裝及檢修過程中，機組軸線的測量和調整需要計算軸線的各種傾斜角，確定不同的折線方向以及各導軸承的偏心圓等，測量和計算比較復雜。

為提高檢修效率，結合多年現場工作實踐，通過擺度計算，先對發電機組轉子軸線進行測量和調整，再對發電機組整體軸線進行測量和調整，可快速、精準地完成機組軸線調整。

將機組各導軸承連接后先將軸承軸頸8等分（圖1），然后用盤車（有人工盤車和機械盤車兩種方式）的方式使機組轉動部分緩慢旋轉，并用測量儀表（百分表或千分表）測出相關部位擺度值，以分析擺度產生的原因、大小和方式，并通過刮削相關組合面或在相關組合面之間相應位置加、減墊的方法進行軸線調整。盤車時在機組相應軸承軸頸處軸線的X方向和Y方向各裝一塊百分表，測量各點數值后計算出相應軸承處的全擺度和凈擺度[1-2]。

全擺度為同一點測量部位對稱兩點數值之差，計算公式為：

？準=？準180°-？準0（1）

式中：？準為測量點處全擺度讀數（mm）;？準180°為測量點處旋轉180°時的擺度讀數（mm）;？準0為測量點處未旋轉時擺度讀數（mm）。

凈擺度為同一測點上、下部位全擺度數值之差，計算公式為：

？準ab=？準a-？準b=（2j+e）-e=2j（2）

式中：？準ab為測量點處凈擺度（mm）;e為徑向位移值（mm）;j為傾斜值（mm）。

機組軸線各部位組合面的刮削量或加、減墊數值根據機組各部軸長、凈擺度由公式（3）計算得出：

δ=？準ab·D/2L（3）

式中：δ為刮削量或加、減墊數值（mm）;D為組合面直徑（mm）;L為軸長（mm）。

發電機軸與推力頭的組合面現場一般通過刮削鏡板絕緣墊的方法調整機組軸線，水輪機軸與發電機軸連接的法蘭組合面現場一般通過加、減銅墊的方法調整機組軸線。刮削時，先將鏡板絕緣墊沿擺度最大點的對稱軸線方向平均分為8等分區域（圖2），用0.5#或者1#砂紙裹住便于操作的方形鐵塊，從垂直最大點軸線方向由外向內以楔形坡度逐漸遞減到零進行刮削。無論是刮削還是加、減銅墊均在盤車測量計算所確定的高點處進行。

2 測量和調整實例分析

某水電廠1#水輪發電機組容量為12.5 MW，推力頭直徑為800 mm，發電機轉子軸長3 500 mm，轉子軸法蘭直徑725 mm，轉子軸法蘭至水導軸頸中心線長4 248 mm，水輪機軸長4 995.5 mm。該機組在某次A級檢修中采用人工盤車的方式，用百分表測量擺度，先對發電機轉子進行單獨盤車測量和轉子軸線調整。

發電機下導軸頸處第一次盤車擺度數據（原始數據）如表1所示。

取全擺度最大點？準3-7，由公式（3）進行刮削量的計算：

δ=0.38×800/（2×3 500）≈0.04 mm

傾斜值由公式（2）計算，即：

j=？準ab/2=0.38/2=0.19 mm

將鏡板絕緣墊以3-7點為軸線8等分（圖2），因3點高，刮削時以垂直3-7點軸線由3點向7點各區域以楔形坡度逐漸遞減到零進行刮削，刮削量由0.04 mm逐漸遞減到0 mm。鏡板絕緣墊刮削后盤車擺度數據如表2所示。

測出各點數值后用公式（1）計算出全擺度？準如表2所示，可以看出鏡板絕緣墊最高點依然為3-7點方向，但數值最大為0.035 mm，已經滿足技術標準下導擺度不大于0.06 mm的要求，機組轉子軸線調整已結束。將發電機軸與水輪機軸連接后進行整體盤車，調整機組軸線。連接水輪機軸后盤車測量水導軸頸處擺度如表3所示。

由上述計算結果可知法蘭高點分別在6、7、8點，由公式（3）計算加墊量如下：

δ6=0.28×725/（2×4 248）≈0.02 mm

δ7=0.46×725/（2×4 248）≈0.04 mm

δ8=0.28×725/（2×4 248）≈0.02 mm

傾斜值由公式（2）計算，即：

j=？準ab/2=0.46/2=0.23 mm

法蘭加墊方位如圖3所示，加墊后盤車測量出水導軸頸中心線處擺度如表4所示。

測出各點數值后用公式（1）計算出全擺度？準如表4所示，可以看出法蘭高點在5、6、7點處，但全擺度最大為0.055 mm，已滿足技術標準水導擺度不大于0.25 mm的要求，機組軸線調整完畢。在實際軸線調整中因存在各折線、偏心及傾斜，調整過程中的轉化量可能會忽大忽小，因此可能會出現多次調試，需要找到實際變化規律來進行調整。

該機型上導軸線因推力頭中線（軸頸）至鏡板長度只有400 mm，其上導擺度較小，已在技術標準內，達到了技術要求，在整個軸線調整中可暫時忽略。

3 結語

在立式水輪發電機組軸線測量和調整過程中，先進行發電機組軸線調整，再對發電機軸與推力頭的組合面進行聯合測量和調整，與常規測量方法相比，本文方法速度快、調整精度高，可廣泛應用于中小型立式水輪發電機組安裝與檢修的機組軸線測量與調整工作。

[參考文獻]

[1] 劉云.水輪發電機故障處理與檢修[M].北京：中國水利水電出版社，2002.

[2] 陳錫芳.水輪發電機結構運行監測與維修[M].北京：中國水利水電出版社，2008.

收稿日期：2021-07-14

作者簡介：祝庭達（1977—），男，云南羅平人，電氣工程師，主要從事水力發電站的運行和維護工作。