调整转子偏心值优化水轮发电机组运行工况检修

2018-03-01张卫胜

小水电 2018年1期

张卫胜，熊伟

(湖南联诚能源发展有限公司，湖南长沙 410000 )

1 概述

小东江水力发电厂地处湖南省资兴市东江镇，湘水一级支流耒水上游，距离大东江水电站9 km，是大东江电站反调节电站。电站为河床式开发，厂房位于河床右岸，主厂房长100 m，宽21.6 m。电站装机容量5.5万kW，其中单机容量2.05万kW和0.7万kW水轮发电机组各2台。单机最大发电流量分别为170 m3/s和58.2 m3/s，水轮机型式为轴流转桨式。

2 问题的提出与理论分析

2016年3月，小东江1号机组(SF7.0—32/4650)进行B级检修，重点解决下导轴承摆度偏大的问题。4月16日大东江4号机(SF140—36/8900)进行A级检修，重点工作包括底环开泄压孔、推力瓦更换及下导轴承摆度偏大处理工作。在两次检修过程中，通过研究分析摆度产生的原因和要素，采用有效地手段试验判断引起摆度偏大的直接根源，并通过调整转子偏心值加以改进，达到了改善机组运行条件的目的。

摆度产生的根源通常是由于“不垂直”和“不同心”造成。这里的“不垂直”指的是机组轴线对镜板工作面的不垂直，在检修中一般情况下都作为重点解决轴线摆度过大的手段。传统上对于“不同心”的理解更趋向于考虑轴线的曲折情况，特别是对于分段主轴结构，法兰联接位置由于运行年限长，分解检修次数较多以及加工精度等原因，难免产生折点。对于法兰的折点导致各段轴不同心的问题，在机组检修中可以通过对法兰面刮削、加垫等方法加以解决。而此次检修工作考虑研究的不同心情况则是倾向于研究机组运行过程中转子重心摆度圆与机组旋转中心线的同轴度关系，也就是转子偏心值影响。

转子存在偏心值的直接影响是产生机组运行时的离心力和不平衡磁拉力。在对机组振动、摆度等影响分析后可以得出结论，离心力与机组转速有直接关系；而偏心值可以引起离心力和磁拉力两个值的同时变化，而且为同方向的变化。当机组转速低时，离心力影响小，主要考虑磁拉力；当机组转速高时，主要考虑离心力。因此得出了双重约束的控制。转速的范围区间和设计空气间隙范围区间两个约束同时满足，才被认为是合格范围内的偏心值。国标《水轮发电机组安装技术规范》(GB/T 8564—2003)第9.4.13对转子圆度及偏心值要求：磁极挂装后检查转子圆度，各半径与设计半径之差不应大于设计空气间隙值的±4%。转子的整体偏心值应满足表1的要求(见表1)，但最大不应大于设计空气间隙的1.5%。

表1 转子整体偏心的允许值

转子产生偏心值的原因主要有以下几个方面：转子叠片及磁极安装工艺精度、转子与主轴法兰联接部位折点及机组水平调整精度等。检修实施中，依据盘车结果可分别对法兰折点和机组水平进行精确调整，排除外部因素对转子偏心值的影响，以调整、改善转子本体重心位置作为工作重点。

判断转子偏心值以通过对转子测圆实现，但在本质上又与转子圆度调整有所区别，具体表现为：转子圆度调整以测量、调整各磁极位置转子半径大小为手段，保证发电机空气间隙在设计范围内，是对转子磁极圆度的外部“形状”调整。而偏心值计算则是依据测圆结果，判断转子的实际重心位置与机组旋转中心线之间的偏差，进而对其进行调整，以改善转子因偏心而导致的运行中产生的离心力和不平衡磁拉力。

3 转子偏心值计算的实际应用

两次机组检修过程中，对偏心值计算调整的实际应用情况进行如下详细介绍：

小东江1号机组转子吊出后，进行测圆工作(见表2)。

通过转子圆度测量结果可以看出，3、4号磁极位置半径偏小，13、14、15号磁极位置半径偏大。进一步计算转子偏心值，依据公式：

式中，e为转子偏心值(mm)；n为转子半径的测点数；Ri为各测点的半径测量值(mm)；αi为各测点与X轴的夹角(°)；ΣRisinαi为各测点的半径测量值与测点所在位置与X轴夹角正弦值的乘积之和；ΣRicosαi为各测点的半径测量值与测点所在位置与X轴夹角余弦值的乘积之和。

计算转子偏心值为0.23 mm，方位在17号磁极，考虑偏心值计算结果与测圆结果偏差位置基本吻合，可以通过调整圆度达到调整偏心值的效果。因此在3、4号磁极位置加0.50 mm镀锌铁皮，并对14、15号磁极位置磁轭进行打磨；在相邻磁极指定位置布置测量基准点，重复测量磁轭打磨情况，直至数据合格。机组在开机后进行动平衡试验，通过对转子支臂施加配重进一步精确调整，最终将小东江1号机下导摆度由检修前的0.50 mm降到0.20 mm，满足国标要求，成功达到检修目的。

表2 小东江1号机转子检修前测圆记录 (设计空气间隙值：10 mm，单位：0.01 mm)

在接下来进行的大东江4号机组检修中，检修人员成功借鉴小东江1号机的检修经验，在转子圆度及偏心值都符合标准要求的前提下，依据偏心值计算结果进一步进行精确调整，取得了满意的效果(见表3)。

表3 大东江4号机转子检修前测圆记录 (设计空气间隙值：24 mm，单位：0.01 mm)

续表3 大东江4号机转子检修前测圆记录 (设计空气间隙值：24 mm，单位：0.01 mm)

分析转子测圆结果可以发现，转子圆度情况良好。进一步计算转子偏心值情况，转子偏心值计算结果显示转子最大偏心值0.06 mm，方位位于25号磁极。因此，选择对7号磁极(25号磁极对面)进行加垫调整；加垫量为0.50 mm，材料选用0.50 mm厚度的镀锌铁皮。机组开机后运行情况良好，在未进行动平衡试验配重的情况下，将下导轴承摆度成功由最大0.38 mm降至最大0.18 mm，使机组运行稳定性指标得到大幅度提升。