水轮发电机组镜板水平与轴线摆度同步调整方法的探讨
2017-07-31李伟张坤祥赵兵
李伟，张坤祥，赵兵
（四川天全脚基坪水力发电有限公司，四川雅安625000）
水轮发电机组镜板水平与轴线摆度同步调整方法的探讨
李伟，张坤祥，赵兵
（四川天全脚基坪水力发电有限公司，四川雅安625000）
主要介绍在中小型混流式水轮发电机组检修过程中，镜板水平测量调整与机组轴线摆度处理（盘车）同时进行，减少检修中的工作步骤，同时更准确对轴线状况作出分析的应用。
机组检修；盘车；镜板水平；摆度；测量；调整
4 701 h。枢纽由首部枢纽、引水系统及厂区枢纽组成。电站于2012年3月首台机组投产发电。该电站水轮机型号为HLA384-LJ-190，发电机型号为
SF24-16/4350。
1 镜板水平与机组轴承摆度测量（盘车）调整的步骤
通常情况，镜板水平度测量一般测量镜板的背面，水平偏差应在0.02 mm/m以内。盘车检查机组轴线各处的摆度并进行处理，应满足GB8564中相关规定的要求。调整步骤见图1。
以脚基坪电站机组运行工况和检修为例，进入主汛期后，1号、3号发电机组运行振动加大，特别是1号机组在长时间运行过程中，机组振动加大明显，严重影响着机组的安全运行。根据机组运行工况的分析，电站安排在年度检修中对1号、3号发电机组轴线进行检测。检修项目为图1虚线框中内容。
在3号机组检修过程中发现镜板各方位水平测值达到0.20～0.30 mm/m，是合格标准的10倍。经过分析判定数据误差大，不能用于后续处理工作。后采用“镜板水平旋转测量法”测得镜板水平偏差为0.045 mm/m，只比合格标准大1倍。
但按照正常镜板水平调整步骤与方法进行处理，需要转移机组转动部分的重量，步骤多、工作量大、施工面广、时间长，同时还需对机组轴线进行单独处理，远远超出原定计划。并且水平偏差为0.045mm/m，离合格标准很接近，需要一种能满足进行微量数据调整的方法。
图1 机组镜板水平与摆度调整步骤
根据具体情况，现场提出采用镜板水平与轴线摆度同步测量、同步调整的方法，在提高检修质量的同时，还能减少工序步骤，能更准确的对轴线状况做出判定,提高检修的综合效益。调整步骤见图2。
图2 水平与摆度同时测量调整步骤
本文就镜板水平与轴线摆度同步测量、调整的方法，和针对脚基坪机组推力支柱螺栓的结构改进镜板水平调整技巧，以满足微量数据调整的要求，做如下探讨。
2 水平旋转测量法相比静态测量法的优点
在《水轮发电机组推力轴承、导轴承安装调整工艺导则》SD288—88中，未对旋转测量法和静态测量法有具体要求，并且旋转测量法还只属于补充内容，但对脚基坪电站机组来讲，旋转测量法就显得极为重要。
（1）原因分析
在安装检修过程中，静态测量虽然对镜板水平在转动部件重量转移前后作出测量，但其测量部位为镜板的背面。当转动部分重量全部转移到推力轴承上后，由于承重机架的不均匀下沉以及各个受力部件的受力形变，都会使得镜板的水平发生变化，此时测量镜板背面的水平并不能真实的反应出镜板工作面的水平状况。
上述情况在脚基坪电站机组上表现得尤为突出，导致镜板在承受转动部件重量后无法准确测量出水平数据。因此，采用镜板水平旋转测量与机组轴线调正相结合的方法在脚基坪电站机组检修中就显得尤为重要。
（2）镜板水平的旋转测量法
镜板水平的旋转测量法采用水平仪结合机组盘车测量镜板的工作面（即推力瓦面）的水平，比静态测量法测量镜板背面能更准确地反映镜板的运行水平状态。其方法如下：
①把水平仪沿径向或切向放置在推力头或盘车架上＋X方位的地方，用垫塞尺或铜皮将其找平；
②水平仪随机组盘车而转动，每转过45゜，即八等分盘车时每一停留点，在撤去外力后，与读取摆度同时，记取水平仪的读数n（格）；
③计算4个方向的水平偏差，每个方向用水平仪处在与该方向平行的两个位置（相隔180゜）的读数来计算：
式中：S——某方向的水平偏差，mm/m；
n、n180°——水平仪在某位置和与它相隔180°的位置的读数，格；
△——水平仪的精度，mm/m。
以3号发电机组镜板水平旋转测量数据为例进行计算（见图3）。
图3 镜板水平旋转测量数据
3 镜板水平调整方法的改进
通过采用镜板水平的旋转测量法，较准确的测量出了镜板的水平状态。通常调整方法为：根据水平偏差值等于推力瓦支柱螺栓的升高值，得出支柱螺栓调整量＝升高值/螺距×360°。这种方法虽然可行，但在现场需要测量支柱螺栓的旋转角度。脚基坪机组推力支柱螺栓的螺距为4 mm，通过计算得到每调整水平0.01 mm/m，螺栓转动的角度为1°，在机组检修过程中实际操作相当困难，特别是在需要进行微量调整的情况下。
在脚基坪水电站本次检修过程中，采用监测机组轴线摆度数值变化调整镜板水平的方法，调整镜板水平。现以3号发电机组为例，对此方法的实施过程与大家进行探讨。
4 应用——数据分析处理
（1）盘车相关数据见表1和上页图3：
表13 号机组轴线盘车数据单位：μm
（2）数据分析
对盘车数据进行分析，机组下导轴承最大摆度点在6点偏5点方位上，水导轴承最大摆度点在5点偏6点位置上。最大摆度值均超过GB8564的规定，需要进行处理。一般情况下，根据下导与水导最大摆度方位基本一致，即可得出相应的处理方法：在5点与6点方位方向，对推力头与镜板之间的绝缘垫进行刮削处理。但这种对数据进行单一分析的方法存在一定的弊端。
当将机组的镜板旋转水平数据结合盘车数据进行分析后，可以知道3号机组运行振动变大是由于机组轴线摆度与镜板水平度均不合格引起的，而机组轴线摆度过大是由镜板水平度过大引起，与推力头和镜板之间的绝缘垫没有关系。如果按照通常单一盘车数据分析处理的方法与步骤对绝缘垫进行刮削处理，虽然可以解决机组轴线摆度过大的问题，但没有彻底解决问题所在。
对机组的镜板水平进行分析，镜板水平偏差最大方位在6点偏7点方位，比合格标准大1倍以上。综合上面分析结果，只需调整镜板水平即可将机组轴线调整合格，不需要进行刮垫。
（3）计算
绝缘垫刮削量δ与倾斜值j的关系公式：
式中：δ——绝缘垫或推力头底面最大刮削量（或加铜皮垫厚度）；
Φ——导轴承处最大净摆渡，mm；
D——推力头底面直径，mm；
L——两测点的距离，mm。
计算示意图见图4。
图4 计算示意图
脚基坪机组：
推力头直径：D=1 200 mm；
推力头底面与下导轴承的距离：L下＝3 801 mm；
推力头底面与水导轴承的距离：L水=6908.5mm；
下导最大净摆度：0.20mm，最大倾斜值0.10mm；
水导最大净摆度：0.36mm，最大倾斜值0.18mm；
通常情况下，我们需要根据上述公式计算绝缘垫的刮削量，对机组轴线进行处理，根据公式分别计算下导、水导轴承的δ均约为0.03 mm。
但在这里还将反过来计算每刮削0.01 mm对应于机组倾斜值，计算得到下导、水导分别约为0.03mm、0.06 mm。同样，该计算结果代表调整镜板水平每0.01 mm/m所对应的机组倾斜值。
（4）操作步骤
首先，根据水导轴承的最大摆度点在5点偏6点方位上，下导轴承的最大摆度点在6点偏5点方位上。分别在水导轴承6点方位与下导轴承6点方位处架设百分表，派专人监视读数；
然后，使用捶击推力瓦支柱螺栓的办法，捶击在最大摆度点对侧2点方位相应推力瓦的支柱螺栓，使机组下导与水导处的百分表读数发生变化。在捶击过程中应掌握好单次捶击的力度，每次水导处百分表读数的变化应控制在0.005 mm左右。总的捶击量为百分表总的读数不超过机组的最大倾斜值。
捶击结束后，按照《水轮发电机组推力轴承、导轴承安装调整工艺导则》对推力轴承的受力进行整体调整，调整结束后进行机组盘车，同时测量镜板的水平偏差。如不合格，再次按照上述计算与处理步骤进行重复工作，直到满足工程规范的要求。
以脚基坪电站3号机组处理为例，捶击结束后水导处百分表的读数为-0.10 mm（因为是首次使用该方法调整，没有一次调整到最大倾斜值），然后进行盘车与水平的测量，得到盘车与水平数据（见表2、图5）。
表2 脚基坪电站3号机盘车单位：μm
通过调整，水导轴承最大净摆度由0.36 μm下降到0.13 μm，下导轴承由0.20 mm下降到0.08 mm，镜板水平偏差由0.045 mm/m下降到0.02 mm/m。所有数据已经满足GB8564的相关要求，处理效果较为明显。
5 结语
镜板水平旋转测量结合机组轴线调正的方法在脚基坪电站机组检修中得到了很好的应用：
（1）对水平数据与摆度数据同时进行分析，比只分析盘车数据更能准确的判定机组的轴线状况；
图5 水平测量数据
（2）相比测量镜板背面能更准确的反映镜板的运行水平状态，实际运行工况，提高了机组的安装检修质量；
（3）相比传统水平调整方法，提高了检修的综合效益；
（4）但方法最大的不足之处是，对机组最大摆度的方向有一定的要求，局限了应用范围。
总结本次检修过程，发电机组的安装检修技术应该根据现场实际情况，在保证机组的安装检修质量前提下，合理选用一种或多种方法相结合进行，从而得到更好的效果。
[1]SD288-88水轮发电机组推力轴承、导轴承安装调整工艺导则[S].
[2]GB8564-2003水轮发电机组安装技术规范[S].
[3]于兰阶.水轮发电机组的安装与检修[M].北京：中国水利水电出版社.
TM312
B
1672-5387（2017）02-0015-04
10.13599/j.cnki.11-5130.2017.02.005脚基坪水电站位于雅安市天全河干流，电站采用低闸引水式开发，工程开发任务主要为发电，兼顾下游生态环境用水要求，装机容量72 MW，多年平均年发电量3.384亿kW·h，年发电利用小时数
2015-07-24
李伟（1979-）男，工程师，长期从事水电站建设管理和技术工作。
