大型半伞式水电机组下机架水平度分析及调整

王建新， 张 平

(1. 五凌电力五强溪水电厂，湖南 怀化 419642；2. 湖南五凌电力工程有限公司，湖南 长沙 410004）

1 引言

五强溪水轮发电机组为混流半伞式机组，装机容量5×240 MW，由德国VOITH公司与哈尔滨电机厂有限责任公司联合设计，发电机由哈尔滨电机厂制造。

下机架由中心体和12个支臂组成，支臂底脚与基础板采用螺栓把合，并采用径向销切向定位，基础板直接埋入混凝土地基中，能承受机组最大轴向负荷。推力轴承布置在下机架中心体油槽内，推力轴承采用三波纹弹性油箱支承形式，具有自动卸载荷的能力，推力轴承设计载荷2 700 t。推力头与转子支架中心体下圆板以及推力头与镜板采用合金钢螺栓把合，形成足够的磨擦力。镜板为锻钢制造，重15.9 t，内径 2 870 mm、外径 4 190 mm、厚度 280 mm，镜面粗糙度为Ra 0.1。

五强溪2号机组1995年9月投入商业运行，2011年10月进行首次A修。在机组解体前盘车发现机组轴线存在歪斜，进而通过镜板上平面水准测量确定下机架水平度存在超标情况。下机架水平度调整的最终目的是要使推力瓦整体平面水平度达到文献[1]相关要求。

2 镜板原始水准测量情况

由于五强溪电厂弹性油箱为三波纹弹性油箱结构，弹性油高度无法调整，故推力瓦平面水平也无法通过弹性油箱调整。考虑到推力轴承是安装在下机架上，在推力轴承支撑镜板时弹性油箱近似于无压缩量，因此此时镜板与下机架连接可近似为刚性连接，可认为推力瓦平面水平度等同于镜板上平面水平度。所以可通过对下机架12个基座加、减垫的方法来调整推力瓦平面水平，从而将下机架水平度控制在0.02 mm/m范围内。

检修过程中，在转子吊离以后，镜板放置在推力瓦上，以+X方向为1号测点，沿圆周顺时针方向依次1号～8号为测点（如图1所示），测量镜板圆周各测点相对高程分别为 0、-4、-20、-22.5、-20、-10、-4.5、-5.5（单位：0.01 mm）。计算镜板水平度值为：0.2 mm/ 3.900 m=0.051 mm/m，根据文献【1】要求：对于无支柱螺钉支撑的弹性油箱推力轴承的机架水平偏差应在0.02 mm/m以内，则2号机组下机架的水平度已超出标准范围。

3 数据分析表注与计算

3.1 原始数据测量与分析

由于五强溪电厂弹性油箱为三波纹弹性油箱结构，弹性油箱高度无法调整，故镜板水平也无法通过弹性油箱调整。考虑到推力轴承是安装在下机架上，在推力轴承支撑镜板时弹性油箱近似于无压缩量，因此此时镜板与下机架连接可近似为刚性连接，所以可通过对下机架12个基座加、减垫的方法来调整镜板水平，从而将镜板水平度控制在0.02 mm/m范围内。下机架基座直径12 200 mm，镜板测点直径3 900 mm，以镜板各测点的高程值换算下机架基座对应8点的相对高程，计算公式为：12 200×镜板圆周各测点相对高程/3 900，计算结果分别为:0、-12.513、-62.564、 -70.384 6、-62.564、-31.282、-14.076 9、-17.205 1（单位：0.01 mm），理论上讲下机架圆周各点的相对高程值应符合正弦曲线分布，分析实测数据基本是符合正弦曲线分布的，设这条正弦（余弦）曲线的数学模型为：

图1 2号机组镜板水平测点示意图

X为各测点对应方位角度（°） （以+X方向为0°）

式中A、B、C均为待定常数，确定常数A、B、C最理想的情形是使该曲线通过下机架各点相对高程值，但实际测量误差和随机误差使得测量值不同程度的偏离理论摆度曲线。

因此要求选取这样的A、B、C使得S=∑[f(xi)-yi]2最小，来保证每个偏差的绝对值都很小。即用最小二乘法来求出常数A、B、C。

F(X)=Asin(X+B)+C=AsinXcosB+AcosXsinB+C

设 P=AcosB，Q=sinB，则有 A2=P2+Q2

F(X)=PsinX+QcosX+C

通过解非线性方程组求解可得：

式中：Yi—各基座点相对高程值，0.01 mm

Xi—各基座测点对应方位角度（°）（以+X方向为 0°）

下机架理论相对高程函数模型计算过程如表1。

镜板测量部位与下机架基座位置的对应关系及各部位相对高程值，见图2。

图2 镜板测量部位与下机架基座位置的对应关系及各部位相对高程值（单位：0.01 mm）

表1 下机架理论相对高程函数模型计算过程（单位：0.01 mm）

3.2 加垫厚度计算

通过表1计算可以得出函数模型为：F(X)=-20.112 sinX+31.33 cosX-37.369

将下机架12个基座方位的角度值（如图2所示：以3号基座为0°，每个基座之间相隔30°）代入函数模型就可以算出各基座相对高程值如表2 （单位：0.01 mm）：

表2 各基座相对高程值（单位：0.01 mm）

由表2可知相对高差均为负值，说明各基座均需加垫调整。考虑到五强溪电厂2号机组在装机阶段下机架已经通过加垫进行调整，现计算所得各基座相对高程数据结合下机架原有加垫值，就可以算出下机架各基座需要的总加垫值，取加垫最少的9号基座为基准点，即9号基座不加垫，其他基座总加垫值减去9号基座总加垫值的差即为其他各基座需最终加垫值，计算过程如表3（单位：0.01 mm）：

表3 各基座最终需加垫值（单位：0.01 mm）

4 下机架加垫处理

通过上述分析计算可以得出将下机架基座处原有垫片全部拆除后，按表3计算所得下机架最终需加垫值厚度加垫即可调整镜板水平，将加垫值厚度四舍五入到精度为0.01 mm，即为最终实际加垫值,加垫大小尺寸位置与原垫片一致。实际加垫值如表4。

表4 各基座实际加垫值（单位：0.01 mm）

5 下机架水平复核

在下机架基座处按上述实际加垫值加垫调整后，待下机架、镜板依次装复完成，测量镜板水平以+X为1号，沿圆周顺时针方向依次1号～8号为测点，测量镜板圆周各测点相对高程分别为：10、10、0、0、10、10、10、0（单位：0.01 mm），水平偏差为 0.1 mm/3.9 m=0.025 mm/m，镜板各测点相对高程差最大值为0.1 mm，水准测量精度为0.1 mm，考虑测量误差，得出镜板加垫调整之后水平状况得到很大改善，且水平偏差基本在要求范围内。

6 经验总结

若两平行平面之间为刚性连接，则近似为两平面水平偏差相等，通过两平面直径比例关系，若知道其中一个平面的相对高程可换算得出另一平面的相对高程。

同一平面圆周各点的相对高程值应符合正弦分布规律，并可通过最小二乘法算出平面各点的理论相对高程的函数模型，通过此函数模型可以得到平面任一角度的理论相对高程值。

7 结语

在立式机组A修过程中，若存在机组轴线不正、其原因为下机架水平偏差超标、需要调整下机架水平时，可以提前按下机架各基座的方位测出镜板对应位置各点的相对高程，方便于将镜板的相对高程直接换算到下机架各个基座上，就不需要用最小二乘法将镜板8个点的相对高程根据角度折算到下机架各个基座上。一是避免繁琐的计算；二是用实际测量值直接调整比用折算出来的理论值调整更为准确。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家质量监督检疫检验总局. GBT8564-2003水轮发电机组安装技术规范 [S]. 北京：中国标准出版社，2003.

[2] 中华人民共和国国家经济贸易委员会. DL/T817-2002立式水轮发电机组检修技术规程 [S]. 北京：中国标准出版社，2002.