關于彈性基礎汽輪發電機組軸系中心計算和調整簡析

安徽淮南平圩發電有限責任公司 朱紀東

1 概況

該汽輪機設備為單軸、三缸、四排汽、沖動凝汽式半轉速汽輪機，軸系長達55.5m，臺板采用彈簧隔振基礎，低壓汽缸無臺板。外缸下半直接坐落在凝汽器殼體上，通過焊接方式形成剛性連接。凝汽器下部采用剛性支撐，汽輪機低壓缸的外缸重量和凝汽器的全部重量由凝汽器承擔，低壓外缸與內缸采用軟橡膠密封圈連接，內缸下半與落地式軸承座為一整體，內缸通過前后端軸承座的支承結構支撐在汽輪機基礎平臺上，不受凝汽器真空變化和水位變化帶來的影響，保證了良好的軸系對中和軸承的穩定性。

2 基礎隔振彈簧的分布

采用彈性支撐的汽輪發電機組在基礎發生一定不均勻沉降時，能夠自動補償調整中心和各軸瓦載荷。如果不均勻沉降較大，可以通過調整彈簧調整各軸瓦載荷和機組揚度趨勢。由于柔性的基礎臺板在局部地區產生彈性變形，汽輪機的基礎產生局部沉降，使得汽輪機軸系的對中比較復雜。

基礎平臺上的汽輪發電機組和基礎臺板的重量由96組彈簧隔振器支撐，這些基礎彈簧隔振器布置在12 個立柱頂部上，彈簧隔振裝置的布置如圖1所示。

圖1 彈簧隔振裝置的布置

3 基礎隔振彈簧調整軸系中心的應用

在機組運行一個周期后，機組停機檢修時需要對汽輪機組軸系中心進行檢查、調整。傳統的調整方式是通過調整軸承的瓦枕墊鐵的調整墊片實現軸承的移動，或通過調整軸承座，進而實現對軸系中心的修正。對于該機組支持軸承，結構形式為三瓦塊可傾瓦支撐軸承，在軸承的結構設計方面沒有設置調整墊鐵，這與傳統設計有瓦枕墊鐵的圓筒瓦或可傾瓦區別很大，只能通過調整軸承座和基礎彈簧的方式調整并修正軸系中心。將基礎臺板支撐的隔振彈簧支撐視作柔性基礎，當抬高或降低對輪所在臺板下方對應的基礎彈簧時，通過增減墊片的厚度調節基礎平臺的標高，使靠近對輪附近的兩個軸承座的標高同時發生變化，達到消除上下張口偏差的目的，修正對輪中心，且不會影響缸內的通流間隙。

4 軸系中心計算公式

該機組軸系上共有8個支撐軸承布置在6個軸承座內，是雙軸承支承結構。發電機兩端軸承位于發電機兩端大端蓋內，勵磁機采用無刷勵磁，無軸承和整體臺板。

該汽輪發電機組軸系布置如圖2所示。

圖2 汽輪發電機組軸系布置

在進行中心計算公式推導前，對偏差數據作正、負的規定。對輪中心偏差——平面：上張口、左張口為“+”，反之為“-”。圓周：前對輪偏上、偏左為“+”，反之為“-”。調整量正、負的規定：軸承、軸承座或彈簧向上、向左移動為“+”，反之為“-”。#1～#8 軸承移動量分別設為X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8。基礎彈簧移動量分別為Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6，對輪直徑為φ。

HIP-LP1對輪中心上下張口計算：HIP-LP1對輪上下張口初始偏差C 口1。HIP-LP1 對輪中心上下張口有影響的軸承有#1、#2、#3、#4軸承，基礎彈簧：Z1、Z2、Z3，根據相似三角形原理，可以得到HIP-LP1對輪中心張口計算公式為：

根據設定張口與軸承、彈簧上抬的“+”“-”關系，#1、#4 軸承、Z1、Z3 基礎彈簧的變化與張口的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

對于基礎彈簧的調整可以認為等同于軸承，對于調整基礎彈簧Z2，等同于同時調整#2、#3 軸承。當抬高或降低靠背輪所在臺板下方對應的基礎彈簧時，使得靠近靠背輪附近的兩個軸承座的標高同時發生變化，達到消除張口偏差的目的，不影響外圓。

HIP-LP1 對輪中心左右張口計算：只需考慮軸承調整的影響，無須考慮基礎彈簧。HIP-LP1對輪中心外圓計算：HIP-LP1對輪外圓初始偏差C圓1。HIP-IP 對輪中心外圓有影響的軸承有#1、#2、#3、#4 軸承。調整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對外圓無影響。根據相似三角形原理，可以得到HIP-LP1對輪中心外圓計算公式為：

根據設定外圓與軸承上抬的“+”“-”關系，#1、#3 軸承的變化與外圓的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

調整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對圓周方向無影響。因此在制定軸系中心調整方案時僅考慮基礎彈簧調整對張口的影響，不考慮對外圓的影響。LP1-LP2對輪中心上下張口計算：LP1-LP2對輪上下張口初始偏差C 口2。LP1-LP2 對輪上下中心張口有影響的軸承有#3、#4、#5、#6，基礎彈簧：Z2、Z3、Z4，根據相似三角形原理，可以得到LP1-LP2對輪中心張口計算公式為：

根據設定張口與軸承、彈簧上抬的“+”“-”關系，#3、#6 軸承、Z2、Z4 基礎彈簧的變化與張口的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

對于基礎彈簧的調整可以認為等同于軸承，對于調整基礎彈簧Z3，即等同于同時調整了#4、#5軸承。LP1-LP2對輪中心左右張口計算：只需考慮軸承調整的影響，無須考慮基礎彈簧。LP1-LP2對輪中心外圓計算：LP1-LP2對輪外圓初始偏差C圓2。LP1-LP2 對輪中心外圓有影響的軸承有#3、#4、#5、#6 軸承。調整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對外圓無影響。根據相似三角形原理，可以得到LP1-LP2對輪中心外圓計算公式為：

根據設定外圓與軸承上抬的“+”、“-”關系，#3、#5軸承的變化與外圓的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

調整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對圓周方向無影響。因此在制定軸系中心調整方案時僅考慮基礎彈簧調整對張口的影響，不考慮對外圓的影響。LP2-GEN 對輪中心上下張口計算：LP2-GEN對輪上下張口初始偏差C口3。LP2-GEN對輪上下中心張口有影響的軸承有#5、#6、#7、#8，基礎彈簧：Z3、Z4、Z6。根據相似三角形原理，可以得到LP1-LP2對輪中心張口計算公式為：

根據設定張口與軸承、彈簧上抬的“+”“-”關系，#5、#8 軸承、Z3、Z6 基礎彈簧的變化與張口的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

對于基礎彈簧的調整可以認為等同于軸承，對于調整基礎彈簧Z4，等同于同時調整了#6、#7軸承。LP2-GEN 對輪中心左右張口計算：只需考慮軸承調整的影響，無須考慮基礎彈簧。LP2-GEN 對輪中心外圓計算：LP2-GEN 對輪外圓初始偏差C 圓3。LP2-GEN 對輪中心外圓有影響的軸承有#5、#6、#7、#8。調整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對外圓無影響。根據相似三角形原理得到LP2-GEN 對輪中心外圓計算公式為：

根據設定外圓與軸承上抬的“+”“-”關系，#5、#7 軸承的變化與外圓的變化是相反的，所以在計算式前面為“-”。

調整彈簧基礎時僅影響對輪張口的變化，對圓周方向無影響。因此在制定軸系中心調整方案時僅考慮基礎彈簧調整對張口的影響，不考慮對外圓的影響。根據以上推導公式，可以看出通過對軸承座、彈簧基礎的調整可以實現對軸系中心調整的目的，即改變公式中任何一個軸承座、彈簧基礎的移動量就可以看出對輪中心的改變量，但由于機組軸承的結構特點，實際應用中軸承變化量不便于實施中監測，為了達到現場中心調整的可操作性，需要將軸承座的調整量轉變為靠背輪處變化量的監視，由此需要設定在調整靠背輪及軸承變化量之間的轉變關系，以便于對現場調整時的操作。即通過對靠背輪的變化量作為實施調整是否達到調整預期的參考監視。

靠背輪的變化量受到對應軸承變化和同軸軸承變化兩個因素的影響，應為兩個因素的疊加，可以得到靠背輪的總變化量=對應軸承變化量+同軸軸承變化量，同樣，根據相似三角形原理，得出以下推導（定義的“+”“-”關系，同上說明）。

在實際應用中，機組軸系中心的調整綜合采用調整基礎彈簧及移動軸承座的方式來進行調整，并通過監視靠背輪變化來判斷是否達到了調整的預期，最后再通過中心的最終數據進行復核。對于機組整個軸系來說，調整的總體原則一般為：主油泵及高壓轉子中心盡量不作調整，否則將給主油泵的后期調整帶來大量工作；推力軸承處不做調整，否則推力盤后續平行度調整難度較大；發電機定子在設計上可以進行調節，但定子的調節需要將發電機定子與基礎螺栓全部松開，后期還要進行負荷分配，額外增加的工作量在大修期間很難完成。因此，汽輪發電機中心調整盡量采用調整基礎彈簧及軸承座進行調整，同時也增加了中心調整的難度。靠背輪的總變化量見表1。

表1 靠背輪的總變化量

5 結語

對彈性基礎支撐的汽輪機而言，在一個運行周期后，由于復雜的不均勻外力或出現不均勻沉降均會導致汽輪機基礎臺板變化，造成軸系中心的偏差，為提高機組運行可靠性和安全性，在軸系找中過程中，通過采用調整基礎彈簧，調整減振彈簧頂部的調整墊片的方式及移動軸承座來實現對軸系中心進行調整，從而達到修正軸系中心的目的。在實際調整過程中，需要根據實際情況和數據，結合現場經驗，密切監視調整過程中數據的變化，以達到調整預期的最佳結果，提高現場的檢修效率。以上是關于核電半速彈性基礎汽輪發電機組中心計算和調整的介紹，希望能夠為彈性基礎的同類型機組檢修提供借鑒和參考。