多段结构水轮发电机组轴系调整研究及应用

2011-04-26王贵清刘鹏让

水力发电 2011年5期

王贵清，刘鹏让

（中国水利水电第七工程局有限公司机电安装分局，四川彭山 620860）

0 概述

大渡河泸定水电站共安装4台混流式水轮发电机组，单机容量为230 MW，总装机容量920 MW；水轮机型号为HLD485-LJ-666，吸出高度为-4.6 m，安装高程为1 299.15 m，转轮分为两瓣，在安装间进行组焊、圆度加工、静平衡试验等工序，所有工序满足设计要求后进行交货。发电机型号为SF230-60/14600，转子在现场进行磁轭叠片及60个磁极的挂装。转子外径13 740 mm，高度2 170 mm；定、转子气隙30 mm；转子装配后总质量606 t。

1 影响轴系线性因素分析

随着水电站开发规模不断增大，低水头大容量、高水头大容量的大型机组越来越多，大型机组单件产品体积和重量大，构成整个水轮发电机组轴系的单元越来越多，转动部分的构成单元增多，则影响机组轴系线性的因素随之增加。

大型机组的转动部分由水轮机转轮、大轴，发电机大轴、推力头、转子、上端轴构成，不同容量的大型机组构成整个转动部分的分解单元也不同。多段轴结构的水轮发电机组，影响轴系线性好坏的部位有：水轮机与发电机大轴法兰接合面，转子与发电机大轴法兰结合面，上端轴与转子法兰结合面。各结合面由于存在加工误差，在各结合面部位会形成折点，对转动轴系的同轴度产生影响；另外，现场组装所采用的安装工艺也会对轴系产生较大影响。

1.1 大轴法兰对轴线的影响

大型水轮发电机组大轴部件尺寸大，结构强度大，加工产生的偏差相对较小，在装卸、运输、安装过程中，外部因数对其外形尺寸的影响较小，其构成轴系的部分直线度可得到良好保证。而其转动部分轴线长，各连接点对轴线的综合影响大。

法兰与大轴轴线垂直度偏差通常在0.02 mm以内。机械加工过程中，单个工件检测数据可满足要求，但在安装完成对轴线进行调整时，该部位常会出现折点，这是由于累积偏差所致。水轮发电机大轴同轴度通过镗模保证，使用镗模加工过程中，检测单件工件尺寸也能满足图纸要求。然而，在加工过程中，忽略了尺寸偏差的方向问题，当两个工件结合面尺寸偏差方向相反时，偏差对轴系线性影响不大；但当两个工件结合面尺寸偏差方向一致时，累积偏差加大了轴系线性的影响。

为此在大轴加工过程中，应避免水轮机大轴与发电机大轴法兰偏差方向一致。

1.2 推力头对轴系影响

推力头安装方式有两种：一种是现场热套，一种是法兰连接。法兰把合的推力头结构又分推力头与发电机大轴连接和推力头与转子下法兰连接。不同结构推力轴承对机组轴线影响范围不同，不同安装方式的推力头对机组轴线影响也不同。

热套结构的推力头主要用于中小型机组，将推力头热套在发电机大轴上，位于转子上部或下部，对轴系同心度和直线度的影响较大；大型机组采用法兰连接方式，推力头的上下平行度对轴系影响较大，如该部位出现折点会使其上下同轴度偏差增大。

1.3 发电机转子对轴系线性影响

大型机组水轮发电机转子在现场完成组装、焊接、叠片、挂磁极等工序，在所有的工序中，部分工序对转子上下法兰面的平行度和同心度影响较大。其中，包括转子轮辐焊接、磁轭热打键。大型机组转子中心体为焊接体，在进行机械加工之前，将整个构建焊接成整体，现场组装调整完成后，与轮辐焊接在一起。焊接过程中，加温会使转子中心体加工应力和焊接应力得到释放；同时，在现场焊接过程中也产生新的焊接应力，所有的应力变化都可使转子上下法兰的平行度和同心度产生变化。

现场焊接转子时，要对焊接部件进行加温，并对焊缝锤击消应，防止焊接完成后应力集中，在焊接完成后保持一定温度，使焊接件应力释放。

2 轴系检查

轴系检查依靠盘车方式进行，通过外力使水轮发电机组转动部分旋转，在构成轴系的主要连接部位和轴系约束部位架设百分表，监测旋转轴系各点摆度，通过对监测数据分析判断轴系是否满足要求。对不满足要求的轴系，分析原因、找出影响轴系线性的因素，通过调整手段予以解决。

2.1 轴系主要参数

泸定水电站水轮机转轮最大直径6 530 mm，发电机大轴长5 935 mm、直径2 450 mm，转子高度1 955 mm，上端轴长3 676 mm、直径2 450 mm，镜板直径3 800 mm、厚200 mm，镜板安装高程1 310.245 m，下导轴承中心高程1 307.820 m，上导轴承中心高程1 314.850 m，水机法兰面高程1 305.150 m，水导轴承中心高程1 302.36 m。

2.2 盘车准备

泸定水电站机组，盘车采用电动机械盘车装置作为动力推动机组转动部分旋转，驱动力来自上端轴，机组转动部分为多段轴结构，由水轮机转轮、大轴，发电机大轴、转子，推力头，镜板，上端轴组成转动轴系。在盘车时，采用限制下导轴承、水导轴承的方法定位。限制水导可有效防止在初次盘车中，由于该部位摆度过大而使转轮止漏环产生碰撞。

（1）机组盘车前相关准备如下：①机组转动部分位于中心位置。检查转轮止漏环间隙，最大偏差不大于平均偏差20%。②检查发电机空气间隙，最大偏差不大于平均间隙8%。③安装水导轴承。水导轴承共12块瓦，盘车时在圆周方向对称放置6块瓦，间隙调整为0.02 mm。④安装发电机下导轴承。下导轴承共12块瓦，盘车时在圆周方向对称放置6块瓦，间隙调整为0.02 mm。⑤顶起转子，在推力轴承镜板面、瓦面均匀涂抹纯净猪油。⑥上机架中心调整完成，预埋基础安装就位。基础部位采用螺旋千斤顶支撑限位，防止盘车过程中上机架位移。⑦电动机械盘车安装就位，电源接通，方向及动作调试完成。⑧在水导轴承中心、水轮机大轴法兰、发电机大轴法兰、下导轴承中心、上导轴承中心处，＋X、＋Y位置径向方向各架设1个百分表，在镜板＋X、＋Y位置轴向各架设1个百分表；各表量程压缩5 mm、大针对零。⑨各测点在同一方位作为起点，沿圆周方向将轴领等分为8等分，反时针方向编号，各部位上下编号一致。

（2）盘车操作。检查空气间隙、水轮机止漏环间隙，间隙中无异物。各部位测量读表人员到位后开始盘车，盘车时旋转方向为顺时针，第一圈为不间断旋转，检查各部位是否存在卡阻等现象。在各部位百分表归零后开始正式盘车，盘车中在每个等分点处停留片刻，读取百分表读数，做好记录。根据规范要求，发电机上、下导轴承及法兰处相对摆度不超过0.03 mm/m，水导轴承处相对摆度不超过0.05 mm/m。

2.3 整理盘车记录及分析

首次盘车记录显示：下导、水导、水轮机法兰同心度较好；水轮机法兰与发电机法兰连接处存在偏心现象，但偏心值不大，对于低水头，低转速机组可以不做进一步处理；发电机上端轴存在偏心现象，偏心值为0.85 mm。数据分析表明，该偏心点的最大值位于7号点与8号点之间，角度为7号加30°位置。在处理偏心时，从该点往相对方向平移上端轴0.85 mm，在平移过程中全程监视法兰面位置，确保位移量精确。

平移上端轴后，经过2次微调，机组盘车数据见表1、2。