泰山抽水蓄能电站1号机组轴线分析调整

赵晓东，张西克，张印玲

（1.国网新源控股有限公司检修分公司，北京市 100068；2.山东泰山抽水蓄能电站有限责任公司，山东省泰安市 27100 ）

1 概述

所谓机组的轴线就是旋转大轴的几何中心线，由上端轴、发电机轴、水轮机轴等组成。轴线调整工作是机组在安装和检修工作中很重要的一项内容。轴线质量的好坏直接影响安全运行，如果一台机组的轴线不好，机组在运行过程中的振动就会加大，使各轴承的运行进入恶性循环。机组轴线调整就是对不合格的轴线，根据轴线测量提供的机组轴线的摆度数值和方位，对某些部件进行处理，使机组轴线各部位的摆度值[3]达到国家规定标准。

2 轴线分析调整的步骤

（1）轴线测量。通过盘车测量主轴典型部位的摆度值，看其是否符合国家规定标准，为轴线处理工作提供依据。轴线测量是整个轴线工作的基础。

（2）轴线处理。利用轴线测量的结果，找出产生主轴倾斜或曲折的因素，并相应地进行处理，使机组各典型部位的相对摆度值在允许范围内。轴线处理是整个轴线工作的关键。

3 机组结构

泰山抽水蓄能电站水轮发电机组为立轴、半伞式结构[1]，水轮发电机转动部件总重量为700.8，机组额定转速为300r/min。

机组转动部分轴共分5段，分别为：滑环小轴、发电机上端轴、转子中心体、发电机轴、水轮机轴。其中滑环小轴与上端轴连接，上端轴下端部与转子中心体上端部相连接，转子中心体下端部与发电机轴上端部相连接，发电机轴与水轮机轴相连接[1]。具体结构见图1。

推力轴承布置在下机架上，与下导轴承组成组合轴承。推力轴承推力轴瓦共10块，采用弹性支撑结构，下导瓦16块分块瓦，油冷却系统采用推力轴头泵自循环冷却。

上导布置在上机架中心体内，轴瓦16块，为油浸式、自循环、分块瓦可调式结构。

水导轴承布置在顶盖上，轴瓦12块，为油浸式、强迫油循环、分块瓦可调式结构。

上导轴承处至推力镜板处距离为4840mm；下导轴承处至推力镜板处距离为170mm；水发连轴法兰处至推力镜板距离为4155mm；水导轴承处至推力镜板处距离为8625mm。

图1 水轮发电机组结构图1—滑环小轴；2—上端轴；3—转子中心体；4—发电机轴；5—水轮机轴Fig．1 Structure diagram of hydroelectric generating set

4 轴线测量

4.1 盘车前准备工作

在上导轴颈、下导轴颈、水发连轴上下法兰、水导轴颈处沿圆周划八等分点，上中下各部分的等分线对应同一方位，按照逆时针方向顺次编号。检查确保推力瓦水平度小于0.02mm/m[2]。

抱紧4块下导瓦，瓦背楔子板打紧后，将下导瓦间隙调整至0.04mm，瓦面滴入透平油。

清扫检查转动部件上杂物，检查所有转动部分与固定部分之间间隙，确认无杂物及卡阻及刮碰。

在上导轴颈、下导轴颈、水发连轴上下法兰、水导轴颈处，按+X、+Y方向各设置1只百分表，作为测量摆度值用，百分表测杆应留有足够的预压缩量、大指针调零。

上述检查完毕后，进行盘车检查。

4.2 盘车检查

采用连续盘车。投入高压油顶起装置，转动主轴，待主轴匀速转动后，撤去外力，自第二圈开始读数并记录，得到5组盘车数据，数据分析时以第三圈数据为准，待主轴停止转动后退出高压顶起装置。

4.3 盘车数据整理

机组轴线调整前的各轴颈与法兰处的百分表读数见表1。

表1 修前盘车百分表读数Table 1 Repair before turning off the dial gauge 0.01mm

机组轴线调整前的各轴颈与法兰处的全摆度、净摆度、最大相对摆度计算过程见表2和表3。

表2 修前盘车各处的全摆度Table 2 Repair before the full swing of turning around the 0.01mm

根据GB/T 8564—2003中9.5.7要求上导轴承相对摆度不超过0.02mm/m；水导相对摆度不超过0.04mm/m[4]；根据实测数值计算上导相对摆度0.0599mm/m；水导为0.0104mm/m；上导轴承相对摆度数值超标。

表3 修前盘车各处的净摆度Table 3 Repair before the turning around of net swing 0.01mm

4.4 盘车数据分析

当机组轴线与其旋转中心线不相重合时，各旋转部件在围绕自身轴线自转的同时，还围绕机组旋转中心线作公转。主轴某一个横截面上轴面各点的运动轨迹是以旋转中心为圆心的同心圆，其中一点轨迹圆最大，一点轨迹圆最小。轴面上各点的运动轨迹不同，反映到百分表的读数就是各轴号摆度值的不同，其摆度遵循余弦或正弦规律。

对于主轴某一个测量断面而言，最大全摆度值只有一个，数值上等于轴心与旋转中心偏心距的两倍。

将机组修前上导、水导轴领处轴分点对应数值曲线进行拟合，数据曲线见图2。

图2 修前机组上、水导轴领分点摆度曲线图Fig．2 Before the repair unit，water guide shaft collar point swing curve

其中红色曲线为上导轴领X向分点曲线，青绿色曲线为上导轴领Y向分点曲线；蓝色曲线为水导轴领X向分点曲线，粉红色曲线为水导轴领Y向分点曲线。

由图2可以看到：

曲线具有余弦或正弦规律，且X、Y向数据相互校核，规律性一致。且波峰与波谷的相位差为180°。

上导部位：1点波谷，5点波峰，峰谷差0.3mm，最大点位中心偏差0.15mm。

水导部位：6、7点间波谷，2、3点间波峰，峰谷差约0.08mm，最大中心偏差约0.04mm。

（1）上导盘车数据分析：

因下导轴领与推力镜板距离很近，结合下导轴领处读数，并且推力头与发电机轴为焊接一体结构，焊接完成在进行车床精加工，因此推力头不会产生偏斜现象。

转子中心体与推力头采用止口粗定位，配合面采用机床精加工。定位后，再用10个外径120mm偏心销套精确定位[5]。转动过程中该部位不会发生松动平移。

转子中心体与发电机上端轴采用止口粗定位，配合面采用机床精加工，定位后再用2组4个外径20mm的圆柱销钉精确定位，见图3。

图3 上端轴固定销钉Figure 3 The upper end of the fixing pin shaft

结合上导部位盘车数据和上端轴固定销钉结构，分析认为：上端轴通过上导轴承将力传递至上机架，上端轴固定销钉结构和强度存在问题，长期运行，导致上端轴产生径向位移，从而引起机组的轴线发生变化。

（2）水导盘车数据分析：

水导轴颈处最大中心偏差约0.04mm，水导相对摆度为0.0104mm/m，低于GB/T 8564—2003规定0.04mm/m的要求[4]，在此不再进行分析处理。

5 轴线调整分析

5.1 轴线调整

由分析可知导致机组上导轴颈处相对摆度过大的原因是上端轴发生了偏移，所以调整方法是将上端轴进行平移。即沿上导轴颈5号轴分点处向1号轴分点平移上端轴，平移0.15mm。

处理过程：

（1）在轴分点1号处架设百分表调零，监视平移量。

（2）在90°方向7号点架设百分表调零。

（3）松开上端轴与转子把合螺栓。

（4）沿上导轴颈5号轴分点处向1号轴分点平移上端轴，平移0.15mm。

（5）顶轴过程中，注意7号点应无变化。

（6）然后打紧把合螺栓和销钉，撤去千斤顶。

5.2 修后盘车

调整完成后再进行一次盘车，盘车数据见表4。

表4 修后盘车百分表读数Table 4 Repair after turning off the dial gauge 0.01mm

经过整理计算：修后上导轴颈处最大相对摆度0.004mm/m；远低于规范要求上导轴承相对摆度不超过0.02mm/m；水导轴颈处最大相对摆度0.010mm/m，低于规范要求水导轴承相对摆度不超过0.04mm/m。机组轴线经调整后各处的相对摆度均符合规定，机组轴线合格。

为防止上端轴再次发生位移，在机组轴线调整完毕后对上端轴与转子中心体结合面处分4个方向进行了点焊处理。

6 结束语

本文针对泰山抽水蓄能电站1号机组轴线调整过程中出现的上导轴颈处摆度偏差较大的问题，分析认为是上端轴的平移导致了轴线不满足规定要求，在轴线调整的过程中根据所测数据对上端轴进行了平移，并通过前后所测数据的对比验证了调整方法的正确性。

[1] 白延年．水轮发电机设计与计算[M]．机械工业出版社，1972．BAI Yannian． Hydrogenerator design and calculation[M]．Machinery Industry Press，1972．

[2] VOITH-FUJI发电机组安装质量技术标准，2004．VOITH-FUJI Turbine installation quality and technical standards，2004．

[3] 黄景湖．准确把握水电机组“摆度”的涵义[J]．水电站机电技术，2004，1：4-8．HUANG Jinghu．Accurately grasp the meaning of hydropower unit “swing” [J]．Electrical Technology Station，2004，1：4-8．

[4] GB/T 8564—2003 水轮发电机组安装技术规范[S]．北京：中国标准出版社，2004．GB/T 8564—2003 Hydro technical specifications for installation[S]．Beijing ：China Standard Press，2004．

[5] 王玲花．水轮发电机组安装与检修[M]．中国水利水电出版社，2012．WANG Linghua．Installation and maintenance of hydro-generating unit[M]．Beijing ： China Water &Power Press，2012．