水輪發電機組軸線調整研究

鄧德智 王龍

摘要：水力發電站的核心設備是水輪發電機組，科學、合理的安裝可以使其運行更加穩定。水輪發電機組的軸線測量與調整是機組檢修中一項很重要的工作，軸線調整質量的優劣，將會直接影響機組的安全經濟穩定運行。以某水電廠立式機組軸線測量與調整為實例，介紹了機組軸線處理過程和調整工藝，闡述了機組軸線質量與振擺、瓦溫的關系，有助于在今后的運行實踐中遇到同類問題時能及時、準確的進行分析、判斷和處理。

關鍵詞：立式水輪發電機組;軸線檢測;軸線調整;工藝

1案例概述

某水電廠電廠裝機容量4×250MW，機組為混流式水輪發電機組，立軸半傘式結構，3個導軸承，軸系為多段軸，推力軸承為彈簧油箱支承。推力頭、發電機軸上端法蘭把合于轉子中心體下圓盤上。

投運幾年來，在同等工況下，3號機組下導軸瓦平均溫度較其他機組高5℃左右，其中11號瓦最高溫度達到62.1℃，接近瓦溫設定的65℃報警值，給機組安全穩定運行帶來一定隱患。經技術人員初步測量分析，機組旋轉中心軸線傾斜是造成下導瓦受力過大、下導軸承瓦溫整體偏高的主要原因。

針對此問題，技術人員通過盤車測量相關部位的擺度值和振動值，將所獲得的數據進行整理和分析，以上端軸法蘭加墊的方式，最終使機組的旋轉中心線與機組固定部分的幾何中心線基本平行或重合;然后重新分配瓦間隙，從而徹底解決了機組下導瓦溫偏高的問題。

1.1機組盤車軸線檢查

立式水輪發電機組主軸軸線、旋轉中心線、機組固定部件中心線一致重合即常說的“三線合一”，是機組軸線調整理論上的理想狀態，在理想狀態下運行，機組擺度為零。但機組各連接部件由于制造加工精度、安裝誤差等原因，三者不可能完全重合，機組軸線存在著不同程度的傾斜或曲折。正是這種偏差，使機組在實際運行中產生擺度，對導軸承產生較大徑向作用力，并導致導軸承瓦溫升高。

（1）盤車的目的與原理

機組盤車是檢驗機組軸線是否合格的重要手段，其目的是檢查機組全軸各段折彎程度和方向，以及軸線在空間的幾何狀態;確定旋轉中心線，按旋轉中心線和軸線的實際空間位置，調整軸線和各部導軸承間隙，保證各導軸承與旋轉中心線同心，從而有良好、均勻的潤滑，保證機組的長期安全穩定運行。

（2）機組盤車進行軸線測量的方法

在上導軸承處將軸領沿圓周均分8個點，操作盤車裝置使盤車架轉動2～3點，檢查機組轉動部分和靜止部分有無異常情況;若有異常情況，則立即停止盤車進行檢查處理。

繼續操作盤車架轉動，指揮人員熟悉停留的每一個測點所需要克服慣性的提前預量，根據判斷及時喊停。盤車架轉動1圈后，檢查百分表長針是否歸零;若不是零位，則將百分表歸零。

以1號點作為起始點（固定部分+Y方向，上導10號瓦右側邊緣），正式盤車;每盤轉一點，待轉動部分完全停止后，通知各部位監視人員進行讀數記錄。完成8點讀數記錄后，檢查百分表應基本回零，力求準確，不得反轉。

盤車一次完畢后，將所有測量記錄進行分析計算，并檢查測量迷宮環間隙是否均勻，檢查軸線偏移情況，然后進行第二次盤車;所得數據與第一次數據進行分析對比。

因該機組推力軸承為彈性油箱結構，盤車過程中，采取組合抱緊下導、水導瓦（各4塊，±X、±Y方向）形式進行。盤車應至少進行3次，以第二次或第三次的數據進行分析檢查機組軸線。

2機組軸線調整

2.1盤車數據分析

3號機組在軸線調整前對稱抱緊4塊下導、水導瓦后組合盤車，記錄數據。經分析，上導處凈全擺度偏大，機組軸線上端軸處曲折，且上導相對擺度為0.0378mm/m，已超標（國標0.03mm/m）。處理方法是在16號螺栓附近增加紫銅墊來調整。

2.2上端軸加墊處理

3號機組軸線優化調整采用加墊法進行處理。通過計算，可以得到需要處理的上端軸法蘭的加墊厚度

2.3加墊后重新盤車檢查軸線情況

上端軸經過加墊處理后，重新盤車檢查各處擺度。上導相對擺度0.0132mm/m<0.03mm/m，達到優良標準。

3機組軸線調整效果

機組軸線合格后，再次盤車提取數據分配軸瓦間隙。盤車過程中上導、下導為限位軸承，水導處為自由狀態。軸瓦間隙分配原則：上導、下導處瓦間隙均布，其中上導按照單邊0.19mm均布，下導按照單邊0.22mm均布，水導按照盤車數據計算后分布，以總間隙0.44mm計算。

3.1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技術規范要求范圍內。

3.2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。水輪發電機組的軸線對機組的振動、擺度及安全穩定運行影響很大，其檢查與調整是檢修中一項非常重要的工作。對于實際運行中發現類似瓦溫過高的問題，既要考慮瓦間隙分配與瓦溫相互的關系，還要注意機組軸線對振擺的影響，從而系統性地解決相應問題。

結束語

綜上所述，在水電站立式水輪發電機組得到了廣泛的使用，針對立式水輪發電機組軸線的分析與探討，結合某水電站具體案例，順利、高效地實現了機組軸線調整，從而系統性地解決相應問題。

參考文獻：

[1]趙海軍，王新洪.懸式水輪發電機組軸線調整研究[J].大電機技術，2014（4）：5.

[2]李紅義.水輪發電機組軸線調整工藝研究[J].水電站機電技術，2021，44（9）：4.