大型抽水蓄能机组大轴折线分析及处理

（河南天池抽水蓄能有限公司，河南省南阳市 473000）

0 引言

宝泉抽水蓄能电站位于河南省新乡市境内，厂房内安装4台单机容量为300MW的立轴、悬式、单级、混流、可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1200MW，机组额定水头510m，额定转速500r/min，稳态飞逸转速725r/min，机组轴系由发电电动机瓶状轴、下端轴、中间轴、水泵水轮机轴四部分组成。

一般机组大修轴系回装后，机组的实际轴线跟理想几何中心线存在偏差，对机组振摆及导瓦受力影响较大，但当这种偏差较大时，会严重威胁着机组安全稳定运行，因此需要对机组的轴线进行测量和调整，使得轴线控制在允许范围内[1-2]。

1 机组轴线测量

1.1 轴线测量准备工作

（1）将机组重量完全落在推力瓦上，通过推力瓦受力传感器数据计算，调整抗重螺栓高度使各个推力瓦受力均匀。

（2）以下迷宫环为机组安装基准推机组中心，确保转动部件与周围部件间隙均匀，包含空气间隙、上下迷宫环间隙等。

（3）在±X、±Y轴线方向安装4块上导瓦，调整瓦间隙不大于0.02mm。

（4）在上导轴领、下导轴领、水导轴领、发电电动机下端轴与中间轴连轴法兰（以下简称法兰）处均匀分布8个测量点，并按逆时针方向编号，在各测量部位+X、+Y方向各架设百分表一个[3]。

1.2 机组轴线数据测量

本次机组轴线测量，采用人力盘车的方法，由于机组为高转速机组，为保证盘车数据的准确性，使用百分表进行测量。盘车时按照逆时针方向进行，同时需启动高压油顶起装置防止推力瓦与镜板发生干摩擦。缓慢转动机组，测量机组各测点的摆度，并计算出全摆度和相对摆度。轴线处理前盘车数据如表1所示。

表1 轴线处理前盘车数据表Table 1 Axis processing data table for front rolling stock 0.01mm

续表

2 机组轴线数据分析

2.1 机组轴线调整标准

查阅《水轮发电机组安装技术规范》（GB/T 8564—2003）第9.5.7条，机组轴线允许摆度值如表2所示[4]。

表2 机组轴线允许摆度值Table 2 Axis permissible swing value of unit

续表

2.2 机组轴线数据分析

已知下导、法兰、水导与上导中心距离分别为6.34m、8.8m、12.4m。

下导处最大相对摆度：0.1mm/6.34m≈0.016mm/m<0.02mm/m，满足国家标准要求。

法兰处最大相对摆度：0.06mm/8.8m≈0.006mm/m<0.02mm/m，满足国家标准要求。

水导处最大相对摆度：0.39mm/12.4m≈0.035mm/m>0.03mm/m，且水导处最大净摆度值0.43mm>0.25mm，不满足国家标准要求，因此需要进一步分析处理。绘制盘车摆度曲线如图1所示。

图1 盘车摆度曲线图Figure 1 Curve diagram of vehicle sway

图中各部测点数据曲线基本符合正弦规律，数据无跳点，说明盘车数据准确可靠。机组轴线不正一般分为平行不对中、角向不对中或两者皆有的情况，根据图1所示，机组上导、下导、法兰处摆度曲线基本可看作摆度接近0mm的直线，说明从上导、下导到法兰处平行对中；而下导测点2、3处摆度值最小，正对侧测点6、7处摆度值最大，说明法兰以下部位存在角向不对中的情况，由此可得出法兰处存在折线的结论。

3 大轴折线处理

3.1 大轴折线处理措施

大轴法兰处存在折线，一般有两种处理措施，第一种是法兰刮削，另一种是法兰加垫[5-6]。法兰刮削一般需先用大型器械将大轴固定，然后在精密机床上进行刮削，而电站现场一般不具备此条件，如返厂刮削耗时耗力，所以检修现场一般采用法兰处加铜垫的方法。

3.1.1 最大加垫点位的确定

根据盘车数据，水导及法兰的最大摆动幅度（正幅值）点位均在6号点偏7号点22.5°处，以6号盘车点偏7号点22.5°处为中心两侧均呈现平缓过渡趋势。因此，最大加垫点位为6号点偏7号点22.5°处。

3.1.2 最大加垫量的确定

图2 轴线倾斜与法兰加垫调整关系图δ—最大加垫厚度，mm；a—水导处相对于法兰处最大净摆度值，mm；d—法兰直径，m；L—水导到法兰中心距离，mFigure 2 The relationship between axis tilt and flange gasket adjustment

如图2所示，因为△ABC∽△def[7-8]，所以δ/d=（a/2）/L，得出δ=ad/（2L）。

a——水导相对法兰的最大净摆度0.37mm（0.43mm-0.06mm）；

d——法兰直径1.57m；

L——水导到法兰中心距离为3.6m（12.4m-8.8m）；

法兰间最大加垫量：δ=ad/（2L）=0.37×1.57/（2×3.6）=0.08068mm；

因此，确定最大加垫量为0.08mm。

3.1.3 加垫分区的确定

整体加垫区域应以6-7点中间与2-3点中间点连线为纵向中心线，根据最大加垫量0.08mm确定分8个区域进行过渡处理，各区分割线需垂直于纵向中心线，每区宽度为157cm/8=19.6cm。加垫分区及相应加垫量如图3所示。

图3 加垫分区示意图Figure 3 Padded partition diagram

3.2 轴线处理后盘车数据分析

按照上述分区域加铜垫的方法，进行大轴折线处理。大轴折线处理之后机组盘车数据如表3所示。

下导处最大相对摆度：0.12mm/6.34m≈0.019mm/m<0.02mm/m，满足国家标准要求。

法兰处最大相对摆度：0.11mm/8.8m≈0.013mm/m<0.02mm/m，满足国家标准要求。

水导处最大相对摆度：0.18mm/12.4≈0.015mm/m＜0.03mm/m，且水导处最大净摆度值0.18mm＜0.25mm，满足国家标注要求。

综上所述，机组大轴折线处理后盘车数据满足国家标准要求。

4 大轴折线处理过程中的注意事项

（1）法兰紧固螺栓松动前，将人工盘车时上导处盘车测点对应至法兰处，并做好法兰处测点标记，以便于精确添加垫片区域。

（2）法兰紧固螺栓松动后，2、6号盘车测点附近对称两根螺栓和不加垫区域内的螺栓不拆除，方便添加垫片。

（3）为防止所加垫片发生折叠，螺栓松动时控制上下法兰面间隙在1mm以内，添加垫片时垫片不同分区间距控制在5mm，使用的垫片边缘不得有卷曲、弯折现象。

（4）上下法兰紧固螺栓设计紧固拉伸长度值为0.54±0.05mm，加垫完成后螺栓拉伸值取上限值即0.58～0.59mm。

（5）由于大轴为中空结构，添加垫片和紧固螺栓后，应采取措施将大轴中空部位的垫片取出，防止垫片在长期运行过程中散落在磁极穿轴引线部位造成磁极引线短路或者接地故障。

5 结束语

对于大型抽水蓄能电站来说，机组轴线测量调整是一项精细而又费时费力的工作。本文对宝泉抽水蓄能电站机组大修后轴线数据测量、分析、处理方法进行介绍，特别是对于大轴折线的处理从理论和实操方面进行了详细的论述，本次大轴折线处理方法明显缩减了检修工期，提升了机组检修质量，对其他中大型抽水蓄能机组大轴折线处理具有一定的参考价值。