轴流转桨式水轮发电机组的盘车方法

2014-12-06任鹏

长春工程学院学报（自然科学版） 2014年4期

任鹏

（嫩江尼尔基水利水电有限责任公司发电厂，黑龙江齐齐哈尔161005）

0 引言

水电机组轴线调整结果好坏，对发电机磁拉力、各部轴承导瓦受力等均具有重要影响，直接影响机组运行稳定性。在相关工程理论中，对混流式机组的盘车工艺与轴线调整的理论和应用实例记载较多，而对轴流转桨式机组的盘车工艺与调整记录极少。轴流转桨式机组转动部分结构较混流式机组复杂，结构上存在较大差异，盘车中遇到的难点和处理方法也不尽相同。本文以尼尔基发电厂2号机组盘车过程难点分析与处理过程为例，结合工程实践对轴流转桨式机组盘车的难点、要点进行阐述，并对曾使用过的不同方法予以对比分析。

1 背景介绍

尼尔基发电厂位于嫩江干流中段，以防洪、城镇生活和工农业供水为主，结合发电，兼有改善下游航运和水环境，并为松辽地区水资源的优化配置创造条件的大型控制性工程。厂房装设4台同型号轴流转桨式水轮发电机组，水轮机型号ZZA833－LH－640，发电机型号SF62.5－56／10850，总装机250MW，2006年10月4台机组全部投产发电。尼尔基发电厂属东北电力调度中心直调电厂，参与并承担东北电网调峰、调频、事故备用、负荷备用和基荷。机组结构为半伞式，装有上导、下导和水导共3部导轴承。因转轮体与大轴连接法兰渗油及受油器浮动瓦磨损严重等问题，2号机组在2013年12月至2014年3月进行了A级大修。

2 轴流转桨式机组盘车原理

轴流转桨式机组较混流式，由于其主轴内设有1组操作油管（见图1），其盘车分2阶段进行。第1阶段，主轴系盘车。此阶段，忽略操作油管系统，只对主轴系设监测分析点，并做相应调整，其基本理论与混流式相同。第2阶段，在主轴系盘车合格前提下，开始对操作油管盘车。在操作油管盘车时，主轴系部分不必再设点监测，只需监测分析操作油管即可。

图1 轴流转浆式水轮发电机转动部分示意图

根据水电机组安装规范，对弹性油箱支撑推力轴承，选用弹性盘车较简单和缩短工期。因此，机组主轴系选用弹性盘车方法。由于内操作油管支撑与下段管连接法兰由螺栓把紧，近似为刚性支撑，所以，操作油管的盘车采用刚性盘车方法。

2.1 主轴系盘车摆度产生的原因及处理方法

主轴系盘车在推力瓦受力调整合格后进行，此时盘车可能产生的摆度超标原因可排除推力瓦受力不均因素。镜板和推力头等在安装前各参数均调整为合格，也可不计影响。轴与法兰加工合格可认为垂直。此情况下轴系产生摆度的主要原因为各分段轴连接法兰处未实现上下完全同心，存在分段轴垂直不够或两法兰错牙中心不一致。一般2个原因同时存在，根据影响权重不同，应以先主后次的原则逐个处理。

处理轴线倾斜或有较大折线一般采用如下方法：在推力上下2部导瓦抱紧，强迫导瓦处轴竖直后，其倾斜或折线情况就反映到弹性盘车标准中规定的镜板外缘轴向摆度上。若此轴向摆度不合格，可先按法兰处设表读数分析法兰处上下法兰不同心情况并进行处理。处理合格后，在镜板水平及法兰上下同心的情况下，镜板的轴向摆度可利用与连接法兰位置几何关系，将其分解到连接法兰处，折算为轴线倾斜值，计算出需要加垫或研磨的位置和数值。

2.2 操作油管盘车摆度产生的原因及处理方法

操作油管的刚性盘车，在主轴系弹性盘车合格后进行。假设整体条件未变，即推力上下（上导、水导）2部各坐标轴上4块导瓦仍抱紧，在上导处设2块百分表监测主轴位移，作为内操作油管部分数据分析的基准，可由之得到由主轴带来的内操作油管摆度值，此部分无法消去。在内外操作油管轴线重合并与法兰面垂直条件下，可假设外操作油管对应下浮动瓦处摆度与内油管中瓦处摆度一致，且小于中瓦处数值。即净摆度反映扣除轴线偏移后单独由法兰面不平造成的摆度，绝对摆度减去净摆度反映轴线偏移造成的摆度。按数值特点分别处理轴线偏移和法兰面不平。

3 轴流转桨式机组盘车工艺与分析

3.1 盘车准备条件

尼尔基厂2号机组为半伞式结构，设有上导、下导、水导3部导轴承，盘车前须将上、下2部导轴瓦抱轴，轴瓦单侧间隙控制在0.03～0.05mm以内。下部轴承可以是发电机下导轴承，也可以是水导轴承。一般为检测发电机轴与水机轴连接后轴系弯折程度，采用水导轴瓦抱轴。

测点分别设置在内操作油管上、中浮动瓦处、滑环、上导轴领、镜板摩擦面外侧、下导轴领、主轴连接法兰、水导轴领位置。在各测量面沿圆周均匀8等分，以＋Y方向为1号，顺时针编号1～8号，如图2。每个测量面的－X和＋Y方向分别架设1块百分表。

图2 轴分区和标号示意

3.2 盘车过程和数据分析

3.2.1 主轴系盘车

盘车第1圈，得到1组数据，为确保数据真实可靠，决定随即进行第2圈盘车，完成后发现2次同等条件下的盘车数据基本一样，认为测量可靠，并以第2组数据为准计算镜板边缘轴向摆度。数据见表1。

表1 镜板盘车数据 0.01mm

计算绝对摆度见表2。

表2 镜板轴向全摆度值 0.01mm

按GB 8564—2003《水轮发电机组安装技术规范》，对液压支柱式推力轴承，在抱紧推力上、下部导轴承后，对镜板直径2.0～3.5m（2号机组镜板直径3.1m），其盘车标准为轴向摆度不大于0.15mm。按表2，－X方向测值计算和＋Y方向测值计算结果基本一致，表明所测数据基本正确，数据有效。最大镜板轴向摆度发生在2点和4点方向0.05mm远小于0.15mm，可以认为主轴轴线盘车合格，不需调整。

3.2.2 内操作油管盘车

在内操作油管上、中浮动瓦处分别设2个测量平面，每个面－X和＋Y方向设2块百分表测量，以彼此验证。对操作油管第1次盘车数据求绝对摆度见表3。

表3 操作油管第1次盘车全摆度值0.01mm

按GB 8564—2003《水轮发电机组安装技术规范》，具有浮动瓦结构的操作油管盘车摆度不得大于0.30mm。据表3，回装后的操作油管摆度所有点均大幅超标，最小值为1.23mm，需对内操作油管作调整。同时，以中浮动瓦处测点读数为基准，计算上浮动瓦测点对之的净摆度，分析摆度成因。计算相对中浮动瓦位置的净摆度见表4。

表4 操作油管第1次盘车净摆度0.01mm

按表3和表4，以Y方向数据为例，发现上部摆度相对中部摆度接近，没有较大出入，净摆度占绝对摆度极小一部分，表明上下一起偏移为摆度主要来源，即主要由内操作油管和中操作油管轴线偏移所致，同时因净摆度不为0，表明法兰结合面不平也是一个原因，但因数值较小，为次要原因，暂不考虑，以中浮动瓦测点全摆度为依据调整操作油管轴线。因现场对平移操作的监测与平移本身存在矛盾，即百分表为测量准确要求被测件不宜剧烈振动，而平移需要在松开部分把合螺栓后打击移动，且移动后的不同部位螺栓把紧顺序和紧度对实际平移值有较大影响，故实际平移操作存在较大不确定性，可按实测最大摆度4点～8点方向，向8点方向平移4～8方向全摆度的一半，即2.02mm，应移至小于2mm。同时，为防止移轴时，定位止口和螺栓阻挡，按计划移轴距离实测止口尺寸，加工车削到合适尺寸，或对原螺孔部分扩孔，移轴时设表监视。

经上述方法移轴和盘车几次后得到结果，见表5。

表5 操作油管移轴处理后盘车数据0.01mm

据表5，摆度值大幅减小，表明移轴有效。

计算全摆度见表6。

表6 计算全摆度 0.01mm

据表6，＋Y方向和－X方向计算结果相近，表明测量可靠。以＋Y方向数据为例分析。上、中位置最大摆度都在1点方向，实测最大摆度值0.48mm，考虑到实际最大值不在此8点上可能性更大，且因测量断面不可能绝对光滑而有测量误差。理论上应求出实际最大值，可采用做正弦曲线图或公式拟合方法。但考虑到即便按做图或公式计算出理论最大值，但因现场加垫厚度为可选用既定铜皮的整数倍，且加垫位置为计算位置附近，因工期等原因无法精确分区处理，理论准确值计算反而不如采用由2套测量数据彼此验证而可认为准确的实测最值方便且实用，故在本盘车调试操作中，全部采用实测绝对摆度的最大值方向数据，分析处理。整个盘车调整过程，因实际因素忽略不少和偶然因素作用，而带有一定试验性。为确保加垫对内操作油管法兰结合面水平具有效用，加减垫须在止口上方，否则可能会无效。

求得最大加垫厚度后，在法兰密封面外缘加厚度相近铜片，把紧连接螺栓后盘车试验。经几次调整，一般即可合格。最后在上、中部摆度合格后，在下浮动瓦处操作油管上加设一测点，得到上中下浮动瓦处油管摆度数据见表7。

表7 计算全摆度 0.01mm

2组数据基本一致，以＋Y方向数据为例。上浮动瓦处操作油管实测最大摆度为0.09mm，中浮动瓦处实测最大摆度为0.13mm，下浮动瓦处实测最大摆度为0.10mm。均小于规范要求的0.30mm。认为操作油管盘车合格。

4 结语

4.1 应用情况

尼尔基电厂2号机组A级大修中，采用上述弹性与刚性盘车相结合的方法进行了主轴系及操作油管轴线的校核和调整，现场反映非常好，不仅工艺简单，计算速度快捷，精度高，而且提高了盘车效率，缩短了机组大修的直线工期，收到了很好的效果。

4.2 该盘车方法的优点

根据GB／T8564—2003《水轮发电机组安装技术规范》要求：在条件允许时，弹性推力油箱也应按刚性方式盘车检查机组轴线各处摆度，同时也应将推力轴承上下部轴瓦抱紧进行弹性盘车，检查镜板外缘轴向摆度。直接采用上导和水导轴瓦抱轴的弹性盘车方法检查调整轴线，其优点是操作简单，无需计算，从镜板上测点的轴向摆动数值，能直观地看出轴线是否合格，这对校核大修前摆度和振动良好的机组的轴线起到事半功倍的作用。