刘家峡排沙洞扩机工程7号机组轴线问题分析及处理方案

(中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁 沈阳 110179)

1 概 述

刘家峡排沙洞扩机工程有两台水轮发电机组，额定功率150MW。7号机组安装完成后，通过整体盘车来检查机组轴线。依据厂家技术文件要求，机组盘车需要在X、Y方向上抱紧4块上导瓦及水导瓦，使导瓦与滑转子之间间隙控制在0.03～0.05mm之间。盘车数据显示，7号机组摆度不满足国家及设计规范要求，针对此情况对7号机组轴线问题进行分析及处理。

2 机组轴线的测量

2.1 摆度的概念

机组总是围绕理论中心线旋转，由于受加工、制造、运输、保管、安装等因素影响，机组轴线不能与理想的理论中心线重合，会形成一个圆锥体，从而出现偏离中心的锥形摆度圆，产生摆度。当摆度值超过某一范围时，机组在运行中就会由于摆度影响而产生剧烈振动，从而加剧机件的磨损和疲劳损坏，降低机组效率，缩短机组使用寿命。

2.2 摆度的测量

摆度测量就是用盘车的方法对已装的机组轴线垂直度进行鉴定校正。

刘家峡洮河口排沙洞及扩机工程7号机组推力轴承为液压支柱式推力轴承，因厂家未提供转换成刚性盘车的相关专用工具，无法进行刚性盘车。经过厂家、监理、业主及施工方一致研究决定，进行两种方式盘车以保证盘车数据的准确性(盘车方式：抱上导、下导瓦；抱上导、水导瓦)。

2.3 盘车

2.3.1 测量点设置

在上导轴承、上端轴下法兰、推力头、下导轴承、水导轴承处，沿圆周做八等分。各测量部位的等分线在同一方位，并按逆时针方向顺次编为1～8号，将+X编为4号点，+Y为6号点。

2.3.2 轴线位置调整

依据前期抱瓦时的瓦间隙进行调整，保证转动部分处于垂直状态且在机组中心位置。

2.3.3 抱瓦

本次盘车的抱瓦方式为抱下导、水导瓦。首先将上、下、水导各安装4块瓦，将所有导轴瓦全部抱紧，保证机组转动部分充分固定不会移位，然后对称地放入四块下导瓦，将下导瓦间隙控制在0.03mm左右；对称放入四块水导瓦，将下水导瓦间隙控制在0.03mm左右；完成后松开其他所有轴承瓦，使其脱离轴承部位。

2.3.4 盘车工具安装

盘车的方法主要有三种，即人工盘车、机械盘车和电动盘车。 本机组采用机械盘车，将厂家提供的盘车专用工具用螺栓固定在上机架上，接好电源，调试完成后即可投入使用。此方法较为方便且盘车稳定，所测数据较为准确。

2.3.5 架设百分表

在上导轴承、上端轴下法兰、推力头、下导轴承、水导轴承处的+X与+Y方向各架设一块百分表，表的测杆尽量与轴面垂直，在推力头上平面设一块百分表用来测量其跳动值，所有部位百分表必须保证位置统一。

2.3.6 盘车

盘车前用高压油顶起转子，使镜板与推力瓦间产生油膜，起到润滑的作用，完成后开始盘车，由指挥人员统一指挥，保证读数一致。先空转一圈，转动过程中各层人员注意听有无异常声响，如一切正常，将各百分表对“0”后方可进行正式盘车。

本次盘车共盘两圈，所得盘车数据见表1～表2。

表1 +X盘车数据 单位： μm

表2 +Y盘车数据 单位： μm

3 机组轴线偏离原因分析

通过两次盘车数据比较，根据测量点位按顺时针由小到大排列(+Y为8号点，-Y为4号点)，机组轴线偏离发生在3～7号点，发生偏移的位置在上端轴的3号点与7号点、2号点与6号点对称位置，经过现场分析得出两种观点：ⓐ上端轴连接过程中未按照厂家标记校对；ⓑ设备存在缺陷。

经过现场反复核实，设备安装不存在未按照厂家安装导则进行的可能，利用框式水平仪在不同的四点进行测量，所得数据经仔细核实后，证实上端轴法兰面平整度未达到设计要求，经过现场论证及征询厂家同意，利用0.01～0.15mm铜垫找平。

4 机组轴线纠偏过程

4.1 计算加垫厚度

根据上述相对点偏差的4组数据可以得出结论：6、7号点为低点，需要在6～7号点之间加垫，根据四组数据的平均数画出机组摆度轴线图，详见图1。

图1 机组盘车后轴线图

根据上述数据，计算(3～7号点)加垫厚度过程如下：

上导净摆度：-5.375μm；

下法兰净摆度：8.5μm；

下法兰理论摆度应为

(1.125+0.05)/4.82=X/4.375

X=3.59μm

但下法兰实际净摆度为8.5μm。

上述计算说明下法兰偏心，应将下法兰向7号点偏移8.5-3.59=6.91μm。

上导理论摆度应为

(1.125+0.625)/4.82=X/5.89

X=2.26μm；

2.26+1.125=3.39(μm)；

上导实际净摆度为-5.375。

上端轴向7号点移动6.91μm，上导实际摆度为-6.91+(-5.375)=-12.28μm。

与上导理论偏差为12.28+3.39=15.67μm。

所以需要加垫调整(下法兰直径为1700mm，下法兰至上导距离为1865mm)。

计算得

15.67/1865=X/1700；X=14.28μm即0.1428mm。

结论：将上端轴由3号点向7号点移动0.07mm后在7号点位置加0.14mm的垫片。

同理计算2～6号点的数据，结论为：将2号点向6号点移动0.05mm，在6号点位置加0.125mm的垫片。

综上所述，计算两组数据的平均值得出结论：需要将上端轴由2～3号点之间向6～7号点之间移动0.06mm，且在6～7点之间加0.14mm的垫片并逐步递减，保证上端轴下法兰面与转子法兰面接触面积达到80%以上。加垫具体情况及实际分解如图2所示。

图2 上端轴加垫分解图

4.2 加垫过程

根据要求，所加垫片为钢垫，需要根据法兰面的结构来制作垫片。我们首先利用两块较为平整的木板组合在一起，画出法兰面的图形，将该图形平均15等分，如图3所示。

图3 实际加垫现场画样放点图

我们采购了14种规格的钢垫，厚度分别为0.15mm、0.14mm、0.13mm、0.12mm、0.11mm、0.10mm、0.09mm、0.08mm、0.07mm、0.06mm、0.05mm、0.04mm、0.03mm、0.02mm、0.01mm。根据图3的尺寸剪裁出相应规格的垫片，如图4所示。

图4 垫片加工完成

将上端轴下法兰面与转子法兰面用酒精清理干净后，把剪裁好的垫片一次放入其中，确认无错位、褶皱后落下上端轴，将连轴螺栓穿入后根据计算好的数据移动上端轴，将其移至要求位置后把紧螺栓，根据设计要求拉伸到位，加垫工作完成。

5 调整完成后盘车

重新抱紧下导、水导瓦，将瓦间隙调整在0.03～0.05mm之间，在瓦面之间涂刷一层透平油润滑，减少摩擦力，保证盘车顺利进行，调整完成后安装盘车工具，检查盘车工具齿轮之间的配合情况，避免偏心等状况发生，安装完成后架设百分表(上导、下导、水导、上端轴下法兰、联轴法兰处各架设两块百分表)，将百分表全部归零，完成后开始进行盘车，由指挥人员统一指挥盘车过程，确保各部位记录人员所记录的数据准确，本次盘车两圈，所得数据如表3～表4所列。

表3 盘车数据(+X) 单位：μm

表4 盘车数据(+Y) 单位：μm

以上盘车数据说明，盘车结果满足设计及规范要求，本次轴线调整成功。

6 分配瓦间隙

轴线调整后，进行瓦间隙分配，使三部导轴承中心在一条直线上，且与主轴的旋转中心重合或平行，保证主轴在旋转过程中不蹩劲，分配的方法是在主轴X、Y方向上设两块表，先安装水导轴承，再以水导轴承间隙为基准来确定其他两导轴承的间隙，依照图纸要求，上导瓦单边间隙调整为0.18mm，下导轴承瓦单边间隙调整为0.20mm，水导瓦间隙调整为0.20mm，各项数据均满足图纸及规范要求。

7 实际运行效果对比

通过在发电机转子与上端轴连接处加垫，以最小的代价将机组的轴线调整至满足设计要求。因为整个机组的转动部分对机组轴线的要求非常高，转动部分的中心要与整个机组的中心尽可能重合，使偏差值达到厂家设计误差范围内，这样可以避免机组高速运行过程中产生的离心运动导致各机构瓦温异常，从而降低事故停机的概率。所以为了使机组在今后的运行中能圆满地出力，就要力求转动部分运行可靠。从图5和图6可以直观地看到机组在加垫前后上导瓦温的差异。图5为加垫前上导瓦温，存在缓慢上升的趋势，而图6为加垫后上导瓦温，已趋于平稳且有回落的趋势。在机组瓦温考验试验中，瓦温是否趋于平稳是衡量机组安装质量的一个重要标准。

图5 加垫前上导瓦温曲线

图6 加垫后上导瓦温曲线

瓦温考验的数据并不能完全说明加垫后机组已达到可靠运行状态，这里通过另外一组数据(机组的振摆)对加垫后机组的可靠运行进行补充阐述。

表5中数据是7号机组在加垫前后振动摆度值与正常的8号机组进行的比对，可以直观地看到加垫以后没有影响机组的运行工况。

表5 机组运行振动摆度值对比 单位： μm

经过上述图表数据的比对，不难看出在加垫后机组的运行状况基本上未受影响，与正常机组没有区别。

8 结 论

目前，刘家峡扩机工程两台机组已正式编入刘家峡水电厂商运机组行列，为2019年黄河上游安全度汛提供了很好的保障。

本次加垫过程的分析和计算，说明整个转动部分存在折点，折点位置在转子上法兰面与上端轴下法兰面处。通过加垫的方式将折线调正，使整个转动部分调整到一条直线，机组在转动过程中摆度均满足设计及规范要求，且机组运行稳定。分析过程中也发现出现此次问题的原因为设备加工存在缺陷，法兰面不平，导致机组轴线存在折点。本次加垫是一个很普通的方法，但利用最小的付出达到了预期的效果，可为今后遇到类似问题提供经验及依据。