全傘式水輪發(fā)電機(jī)組軸線調(diào)整及控制

于萬利

（中國安能集團(tuán)第二工程局有限公司廈門分公司，福建廈門 361000）

1 旋轉(zhuǎn)軸系結(jié)構(gòu)組成

全傘式水輪發(fā)電機(jī)組旋轉(zhuǎn)部分一般由轉(zhuǎn)輪、水輪機(jī)軸、下端軸、轉(zhuǎn)子中心體、上端軸五部分組成，受推力水平度和軸系直線度的影響，旋轉(zhuǎn)部分存在水平徑向離心力，造成機(jī)組旋轉(zhuǎn)部分徑向滑移擺動(dòng)。為控制滑擺，一般會(huì)在軸系分設(shè)上、下、水導(dǎo)瓦及推力導(dǎo)瓦，使旋轉(zhuǎn)部分在允許的范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)、擺動(dòng)，機(jī)組在推力瓦與各部導(dǎo)瓦束縛下平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，并經(jīng)導(dǎo)瓦、機(jī)架和頂蓋將滑擺產(chǎn)生的徑向力傳至機(jī)組基礎(chǔ)混凝土。

2 軸線旋轉(zhuǎn)偏折分析

機(jī)組旋轉(zhuǎn)時(shí)，并不是鉛錘旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，而是既有自轉(zhuǎn)又有公轉(zhuǎn)如圖1 所示。鏡板不平、軸線偏折、動(dòng)平衡及旋轉(zhuǎn)部件與固定部件的擦碰是機(jī)組發(fā)生振擺的主要原因。

2.1 軸線旋轉(zhuǎn)偏折原因

2.1.1 推力鏡板的水平影響

推力鏡板安裝水平規(guī)范均要求均不大于0.02mm/m，是因?yàn)闊o論推力瓦是剛性支撐還是彈性支撐，受下機(jī)架加工、安裝誤差等不可控因素影響，推力瓦、推力鏡板不可能絕對(duì)水平，因此機(jī)組旋轉(zhuǎn)必定有振擺存在。

2.1.2 軸系加工誤差影響

軸線的擺度受機(jī)組的轉(zhuǎn)速和測量位置影響，一般允許在0.02-0.05mm/m，水輪機(jī)導(dǎo)軸承處的絕對(duì)擺度在任何條件下均不得大于0.35mm。受軸系加工及安裝精度、系統(tǒng)誤差的影響，各連接軸不可能處于同一直線上，必定出現(xiàn)軸心偏折，故造成實(shí)際旋轉(zhuǎn)中心和鉛錘中心不重合，產(chǎn)生振擺。

2.1.3 旋轉(zhuǎn)部件與固定部件接觸影響

除各道軸承外，上下迷宮環(huán)、主軸密封、油盆固定密封及滑動(dòng)密封等，與機(jī)組旋轉(zhuǎn)體之間的間隙也非常小，一般在0.1-0.5mm 之間，安裝過程中若中心偏差，會(huì)造成機(jī)組旋轉(zhuǎn)過程中，受熱膨脹，持續(xù)給旋轉(zhuǎn)體施加外力，造成機(jī)組振擺，且這種情況會(huì)隨機(jī)組溫度升高而增加，最終造成振擺超標(biāo)。

另外，造成機(jī)組振擺還有機(jī)組動(dòng)平衡、磁拉力不均勻、導(dǎo)葉開關(guān)不同步等原因，在此不再細(xì)述。

2.2 自公轉(zhuǎn)軸心常見工況

2.2.1 若推力無傾斜且軸線無偏折，此工況機(jī)組鉛錘旋轉(zhuǎn)軸與實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸重合，機(jī)組旋轉(zhuǎn)僅自轉(zhuǎn)而無公轉(zhuǎn)，故機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)無擺振，此為理想工況而非現(xiàn)實(shí)。

2.2.2 若推力傾斜但無軸線偏折，此工況機(jī)組繞鉛錘旋轉(zhuǎn)軸公轉(zhuǎn)、又繞實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)，因公轉(zhuǎn)故有振擺。

2.2.3 若推力傾斜且軸線偏折，此工況機(jī)組繞鉛垂旋轉(zhuǎn)軸公轉(zhuǎn)，又各段軸繞各自實(shí)際旋轉(zhuǎn)軸自轉(zhuǎn)，因公轉(zhuǎn)與多軸自轉(zhuǎn)機(jī)組會(huì)多頻振擺，現(xiàn)實(shí)機(jī)組皆為此工況。

3 軸線盤車確定偏折

軸線盤車就是在各導(dǎo)瓦軸領(lǐng)或連軸法蘭處架設(shè)百分表，通過讀表求取擺度值，進(jìn)而確定推力傾斜與軸心偏折相位及大小，通過加墊、刮削、對(duì)連接螺栓施加非對(duì)稱偏差扭矩等方式調(diào)整機(jī)組軸線。

3.1 軸承抱瓦位置

一般情況下，選擇靠近推力的兩處導(dǎo)瓦抱緊，單側(cè)瓦間隙控制在0.03mm/m-0.05mm/m。全傘式機(jī)組推力在下導(dǎo)軸承，因此多采用抱緊上導(dǎo)軸承和水導(dǎo)軸承進(jìn)行盤車。

3.2 軸線安裝檢查

調(diào)整機(jī)架水平→調(diào)整推力受力值→檢查推力鏡板水平→連接鏡板與推力頭→檢查連接下端軸與轉(zhuǎn)子中心體→檢查連接水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸→檢查連接上端軸與轉(zhuǎn)子中心體→對(duì)稱、按要求抱緊盤車導(dǎo)瓦。

3.3 盤車前準(zhǔn)備

以上下迷宮環(huán)與轉(zhuǎn)輪間隙為基準(zhǔn)，整機(jī)組處于中心位置。根據(jù)機(jī)組各軸承導(dǎo)瓦數(shù)量和技術(shù)要求，對(duì)稱抱緊盤車導(dǎo)瓦（軸瓦單邊間隙通常0.03-0.05mm），用千斤頂輕推主軸檢查抱瓦間隙，同時(shí)檢查其他導(dǎo)瓦應(yīng)離開大軸且處于自由狀態(tài)。復(fù)核定轉(zhuǎn)子空氣間隙并將上導(dǎo)、下導(dǎo)及水導(dǎo)軸領(lǐng)，水發(fā)連軸法蘭、上端軸與轉(zhuǎn)子連接法蘭±X、±Y 及450處8 等分。架設(shè)8 個(gè)百分表，并調(diào)整讀數(shù)至百分表最大測量行程的一半。

3.4 軸線調(diào)整盤車

確認(rèn)轉(zhuǎn)動(dòng)軸為自由狀態(tài)后，將測點(diǎn)1 對(duì)+X 方向起盤，盤車需連續(xù)緩慢進(jìn)行，讀表員讀表同時(shí)做好記錄，盤車1 周表針應(yīng)回零。每次需盤車2-3 周，各處擺度值皆以+X 處讀數(shù)為準(zhǔn)，以+Y 處讀數(shù)校核。從同位置起盤三周且以+X 讀表為準(zhǔn)，有利于數(shù)據(jù)算出各處絕對(duì)擺度與凈擺度值；繪制四軸空間位置關(guān)系；以盤車數(shù)值、圖表、曲線判定推力傾斜相位及大小，判定軸線偏折相位及大小。

3.5 繪制擺度曲線

擺度曲線一般情況為正余弦線，根據(jù)盤車數(shù)據(jù)，繪制凈擺度曲線如圖2 所示，找出擺度偏差最大和最小點(diǎn)。

圖2 機(jī)組擺度曲線示意圖

3.6 確定最大擺度

8 等分盤車記錄求證最大擺度值，以此值作為軸線調(diào)整與抱瓦依據(jù)，此法雖被廣泛采用，實(shí)則也存在偏差。因盤車時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分為不間斷旋轉(zhuǎn)，人為讀數(shù)未必剛好在8 等分點(diǎn)讀值。最大擺度值與次最大擺度值相差越大，則最大擺度值誤差越大，因此一般情況需要旋轉(zhuǎn)2-3 周，反復(fù)校核機(jī)組擺度測量值。通過盤車曲線求得最大擺度越準(zhǔn)確，以此值作為軸線調(diào)整與抱瓦依據(jù)會(huì)更精確。

4 軸線調(diào)整處理方法

軸線調(diào)整前應(yīng)綜合分析各軸空間位置關(guān)系與擺度曲線后，再確定各軸軸線總體調(diào)整方案。牽一發(fā)而動(dòng)全身，故不可盲目調(diào)整。機(jī)組軸線調(diào)整如同物體三維空間找正，通常先找正X、Y向水平面，再找正Z 向鉛垂面，機(jī)組軸線調(diào)整亦如此，其順序?yàn)椋合日{(diào)推力瓦水平，再調(diào)各軸軸線鉛錘，全傘式機(jī)組軸線調(diào)整自中間到兩端。

4.1 推力受力檢查調(diào)整

推力受力直接決定鏡板的水平，推力托盤變形值與平均變形值只差不超過平均變形值的±10%，檢查安裝過程中，各測量數(shù)據(jù)，確認(rèn)軸線偏折與鏡板水平的關(guān)系，若卻因水平造成偏折，則需對(duì)鏡板受力重新調(diào)整。同時(shí)檢查鏡板與推力頭的連接螺栓扭力值扭矩值及偏差應(yīng)符合要求。

推力瓦水平與受力調(diào)整：將鏡板及推力頭置于推力瓦，在±X、±Y 四點(diǎn)測量鏡板與推力支座基板間距離，以此判定推力瓦傾斜大小及相位，通過調(diào)整剛性推力支座抗重螺桿，或彈性推力支座內(nèi)彈簧，使推力鏡板整體水平度≤0.02mm/m。通過抗重螺桿內(nèi)應(yīng)變探針測定各瓦應(yīng)力，其偏差≤±10%，機(jī)組受力轉(zhuǎn)化與盤車前后復(fù)測推力瓦水平與受力。

4.2 發(fā)電機(jī)軸軸線調(diào)整

發(fā)電機(jī)大軸是指與轉(zhuǎn)子中心體下方相連的大軸，全傘式機(jī)組的發(fā)電機(jī)大軸可與推力連接，也可不與推力連接。鏡板、推力頭及發(fā)電機(jī)軸一體制造的，則無需發(fā)電機(jī)軸軸線調(diào)整，但測其擺度值可校驗(yàn)推力瓦水平度。

4.2.1 確定軸線擺度量及相位。

在全傘式機(jī)組下導(dǎo)瓦a 處與水發(fā)連軸法蘭b 處各設(shè)2 個(gè)百分表，測得a、b 處32 點(diǎn)讀數(shù)，盤車架表位置如圖3 所示。設(shè)盤車軸瓦間隙為e、b 處到鏡板距離為L，通過盤車測得a 處全擺度為Φa、b 處全擺度為Φb，由此求得b 處凈擺度為Φb-a、b 處傾斜值j、凈擺度Φb/a。

圖3 盤車架表位置示意圖

Φa=Φa-180-Φa-0=ej=Φb-a/2Φb/a=2j/L

Φb=Φb-180-Φb-0=2j+eΦba=Φb-Φa=（2j+e）-e=2j

根據(jù)盤車數(shù)據(jù)繪制軸線空間位置關(guān)系與繪制凈擺曲線，從而確定機(jī)組發(fā)電機(jī)軸傾斜值與傾斜相位。

表2 機(jī)組各部位擺動(dòng)允許值

4.2.2 確定加墊量及相位

求得軸線傾斜值與傾斜相位后，算出加墊量及相位，調(diào)整量計(jì)算如圖4 所示。因△ABC∽△def，故δ=jD/L=Φb-aD/2L 根據(jù)公式可知：最大加墊量為δ，加墊量相位與凈擺度連線垂直。

圖4 調(diào)整量計(jì)算示意圖

4.2.3 加墊注意事項(xiàng)。

加墊方向與正向凈擺度值相同，刮削方向與正向凈擺值相反，切不可混淆恰好相反。法蘭連結(jié)靠接觸面摩擦力傳遞扭矩，處理后接觸面積不小于規(guī)定值，且加墊為通長墊片，必須過軸線中心，不可點(diǎn)狀加墊。銅墊不得有折彎、翻邊、毛刺，減小加墊銅皮層數(shù)。此外，聯(lián)軸螺栓的伸長量或拉力值一般允許范圍為±10%，若鏡板水平、軸線直線度均滿足規(guī)范、設(shè)計(jì)要求，可通過在標(biāo)準(zhǔn)允許的范圍內(nèi)不對(duì)稱拉伸螺栓，也可起到調(diào)整軸線的作用。

5 機(jī)組啟動(dòng)校核試驗(yàn)

軸線盤車檢查完成后，機(jī)組空載啟動(dòng)運(yùn)行2 小時(shí)，檢驗(yàn)轉(zhuǎn)動(dòng)軸線振擺度，過程中主要對(duì)機(jī)組振擺度和各軸承瓦溫、油溫進(jìn)行監(jiān)控。

5.1 振擺度監(jiān)控

機(jī)組達(dá)到額定空載轉(zhuǎn)速后，對(duì)機(jī)組各部位振動(dòng)、擺度進(jìn)行連續(xù)監(jiān)控并做好記錄，各部位振擺值符合要求，即說明機(jī)組軸線良好。各部位振動(dòng)、擺度允許值如表1、2 所示。

表1 機(jī)組各部位振動(dòng)允許值

5.2 溫度監(jiān)控。

溫度主要是對(duì)瓦溫、油溫進(jìn)行監(jiān)控，合金瓦瓦溫不超過75℃、塑料瓦瓦溫不超過45℃。實(shí)際安裝中，設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)瓦的材料不同，給出具體的報(bào)警溫度和停機(jī)溫度。各油盆內(nèi)部溫度偏差不大于5℃，確保油溫均勻。

6 結(jié)論

機(jī)組軸線調(diào)整是機(jī)組安裝調(diào)試的重中之重，直接關(guān)系到機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況。雖然對(duì)偏折發(fā)生原因進(jìn)行了分析，詳細(xì)闡述了盤車確定偏折的步驟及方法，也系統(tǒng)給出了調(diào)整控制的方法方案，但主要是針對(duì)機(jī)組調(diào)試階段的檢查檢驗(yàn)，實(shí)為對(duì)安裝過程中存在的問題給出的補(bǔ)救措施，因此，機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行工況，起決定性作用的還是安裝過程要嚴(yán)格按照規(guī)程規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高工藝水平，才能確保機(jī)組質(zhì)量合格、指標(biāo)正常、運(yùn)行平穩(wěn)。