“四表四点”盘车方法在惠蓄电站水泵水轮发电机组安装调试中的应用

谈进昌

(惠州蓄能发电有限公司，广东 惠州 516100)

1 概述

水泵水轮发电机组的盘车方法有很多种，我国传统盘车工作一般采用“两表八点”法，即将机组大轴等分八点，并在机组X向和Y向各固定1个百分表，测量机组旋转时大轴表面圆周等分点的跳动值，将跳动值及其对应方位描绘在坐标纸上并拟合成摆度曲线，得到最大摆度值及方位[1]。

但在惠蓄电站机组盘车时，厂家ALSTOM公司提供了一种“四表四点”盘车的工作方法，即将机组大轴等分四点，在机组上、下游(+Y、-Y)方向和左、右岸(+X、-X)方向各固定1个百分表，测量机组旋转时大轴表面圆周等分点的跳动值，根据摆度特性，计算出机组大轴上四个点旋转180°后摆度平均值，再由矢量求和原理和方法计算出该部位的最大摆度值及方位。该方法新颖、操作简单、并能及时发现测量误差，值得推广应用。

惠蓄电站共安装有8台由法国ALSTOM公司负责设计、制造的可逆式水泵水轮机发电机组，分A、B两厂建设，总装机容量为2 400 MW(8×300 MW)。机组设计额定转速为500 rpm，额定净水头为517.4 m(发电工况)。发电/电动机型式为三相、空冷、立轴、悬式结构。水泵/水轮机转轮为单级混流可逆式结构，转轮采用中拆方式。机组整根大轴由瓶状轴(转子中心体)、下端轴、中间轴和水轮机轴等组成，通过8个联轴面联接成一体。推力头热套安装在瓶状轴上，12块刚性结构的推力轴承装设在上机架上，支撑整个机组转动部分的重量；12块上导轴承瓦固定在推力头外侧，还有8块下导轴承瓦和10块水导轴承瓦分别固定在下端轴和水轮机轴的轴领外侧，维系着机组大轴稳定运行。机组轴系结构如图1所示。

图1 惠蓄水泵水轮机组轴系结构示意(单位：m)

2 机组“四表四点”盘车摆度测量原理

基准点旋转至正对上游方向；最后在上、下游及左、右岸4个方向上各自安装1块百分表，表座吸在固定部件上，表针指向大轴[2](如图2所示)。

图2 监测断面百分表布置示意

图3 摆度特性几何关系示意

(1)

ex=[R2-(e*sinθ)2]1/2-(R-e*cosθ)

(2)

又由于：R≫e，可得到：

[R2-(e*sinθ)2]1/2≈R

(3)

由式(2)和(3)，可得到：

ex=e*cosθ

(4)

同理，可得到机组大轴顺时针方向旋转90°、180°、270°、360°和450°时，上、下游(±Y)和左、右岸(±X)方向上百分表数值见表1所示。

表1 机组大轴旋转方位与各测点百分表数值的对应关系

若假设上、下游(±Y)和左、右岸(±X)方向上百分表数在固定座0°方位时基准数值均调整为零，则有：

上游(+Y)方向摆度值为：

φ+y(0°～180°)=e*sinθ-(-e*sinθ)=2e*sinθ

(5)

下游(-Y)方向摆度值为：

φ-y(0°～180°)=-e*sinθ-(e*sinθ)=-2e*sinθ

(6)

左岸(+X)方向摆度值为：

φ+X(0°～180°)=e*cosθ-(-e*cosθ)=2e*cosθ

(7)

右岸(-X)方向摆度值为：

φ-X(0°～180°)=-e*cosθ-(e*cosθ)=-2e*cosθ

(8)

由式(5)～(8)推算结果可知，其上、下游(±Y)和左、右岸(±X)方位上测得的结果是数值相等方向相反。

考虑到由于轴有摆度使轴中心偏离旋转中心位置，工作中无法准确将百分表测头对准旋转中心测量而产生工作误差，因此在实际操作中可以通过判断对称方向测量值不能偏差过大，否则需要重新测量；数值偏差不大时，可取平均值计算，以减少误差。则有：

φy(0°～180°)=(1/2)*{φ+y(0°～180°)-φ-y(0°～180°)}

(9)

φX(0°～180°)=(1/2)*{φ+X(0°～180°)-φ-X(0°～180°)}

(10)

φy(90°～270°)=(1/2)*{φ+y(90°～270°)-φ-y(90°～270°)}

(11)

φX(90°～270°)=(1/2)*{φ+X(90°～270°)-φ-X(90°～270°°)}

(12)

最后，可根据矢量求和原理和方法计算出该部位的最大摆度值及方位，即：

φmax={[φy(0°～180°)]2+[φX(0°～180°)]2}1/2≈ 2e

(13)

φmax={[φy(90°～270°)]2+[φX(90°～270°)]2}1/2≈ 2e

(14)

θ=arctan{φy(0°～180°)/φX(0°～180°)}

(15)

θ=arctan{φy(90°～270°)/φX(90°～270°)}

(16)

3 机组盘车工艺及实施

3.1 机组盘车工艺方式

我国水电机组盘车方式一般有电动、机械和人工3种。根据惠蓄机组结构特点，宜可采用人工盘车方式，即在机组瓶状轴上端部，安装手动盘车专用工具(如图4所示)，通过人工推动受力杆，使机组沿顺时针方向缓慢旋转，并测量记录轴线方向上8个监测断面的摆度值(如前文图1所示)。

图4 惠蓄机组人工盘车装置示意

人工盘车旋转时，需要启动机组推力轴承高压油顶起装置，使推力瓦和镜板之间建立油膜，防止干摩擦；在记录机组摆度值时，需要停止高压注油泵，确保读数准确。

3.2 机组盘车实施操作

1)机组盘车前，将水泵水轮机组大轴上共8个联接法兰和3个导轴承的圆周面清洁干净，检查这些位置是否存在有凸凹点，旋转部件与固定部件间隙处是否存在有异物卡涩，检查机组推力轴承高压油顶起装置、机械刹车装置能正常投退。

2)调整推力轴承高程及水平，并把机组转动部件推到迷宫环间隙的中心位置，即调整转轮上、下迷宫环间隙及定、转子空气间隙均匀，同时使机组大轴处于自由状态并垂直。

3)在推力轴承受力调整过程中，要始终抱紧上导瓦，使机组轴线一直处于强迫垂直状态，调整推力轴承支柱螺栓，使各瓦受力均匀。受力调整工作结束后，要复查推力头水平及转轮上、下迷宫环间隙及发电机定、转子空气间隙，并做好记录。

4)在机组大轴上确定一基准点以及等分四点，并保证每个断面的四个测点在同一轴线(同一方位角度)上；对称抱4块上导瓦，抱瓦间隙控制在0.01～0.02 mm，并在瓦面上涂少许透平油；分别在各个断面处外侧的上、下游(±Y)及左、右岸(±X)方向设置10 mm量程百分表，每块百分表读数均调对在5.00 mm，在推力头上放置0.02 mm/m的框式水平仪监测镜板水平，镜板处放置轴向百分表，记录镜板跳动。

5)机组盘车时，将推力轴承高压油顶起装置投入，首次盘车时按顺时针转动1 圈，然后停止高压注油泵，待机组停稳后，把所有断面测量百分表全部归零(5.00 mm)。

6)各断面测点检查确认无误后，再次启动推力轴承高压注油泵，转动机轴，此时转速应为慢速，用力均匀，并按顺时针方向逐点地进行盘车。

7)分别在旋转至90°、180°、270°、360°、450°方位时停止转动，同时停高压油泵，待转动部分完全静止后，记录每个测点百分表的读数并测量上下迷宫间隙和定转子空气间隙。

8)最后，根据所记录的数据，应用矢量求和原理和方法计算出最大摆度值及方位[3-4]。

4 机组盘车效果分析

下面以惠蓄电站1号水泵水轮发电机组实际盘车为例，介绍惠蓄电站采用“四表四点”盘车方法对测量数据进行计算、分析和作出相应调整。

1)用“四表四点”盘车法测量各部位数据。表2是惠蓄1号水泵水轮机组各轴承、法兰部位盘车测量所得的数据。

2)各测量断面摆度计算。将表2各部位测点数据分别代入摆度计算公式(9)～(12)，计算结果见表3。

表2 惠蓄1号机组各测量部位盘车摆度数据记录

表3 惠蓄1号机组各测量断面摆度计算值

3)各测量断面最大摆度值和方位计算。由表3数值分别代入矢量求和公式(13)、(14)以及方位计算公式(15)、(16)，可计算出各测量断面的最大摆度值及方位见表4。

表4 惠蓄1号机组各测量断面最大摆度值及对应方位

4)各测量数据分析及处理。对表4机组各测量断面的最大摆度值与引用标准数值进行列表对比分析，结果见表5。

表5 惠蓄1号机组各测量断面最大摆度值与引用标准数值对比

由表5可以看出，各部位测点的最大摆度值均优于标准数值，即上述测量、计算数据结果合格，盘车工作结束。

若某一部位测点数据超出标准数值，则应通过对卡环刮削的方法进行机组轴线处理，卡环最大刮削量可根据公式：Δ=(1/2)×φmax×D/L进行计算。其中，Δ 表示卡环最大刮削量；φmax是指测点断面处的最大摆度值；L是测点断面处至卡环的距离；D为卡环直径。

在计算出卡环最大刮削量(Δ)，并找出最大前刮削点方位角(θ)后，过该点和圆心(0)作一直径，沿该直径把卡环等分8个刮削区，并按比例确定每一区域的刮削量之后，即可对卡环进行刮削(如图5所示)。待各区全部刮完后，把卡环放在大平板上，用研磨平台加微量显示剂，压在卡环上研磨显出高点，除去高点和边缘毛刺，最后用细砂布打光，即可装复重新盘车检查，直至摆度符合要求为止[5]。

图5 卡环等分刮削区示意

5 结语

惠蓄电站水泵水轮发电机组采用“四表四点”盘车方法与国内传统采用的“两表八点”法相比有所不同，且操作简单，数据处理简便，并能及时发现测量误差。惠蓄电站A、B厂8台机组均采用“四表四点”盘车方法进行检查调整，自投运至今，机组运行平稳，各轴承位运行振摆值均在A区范围内，满足机组运行标准要求，也证明了法国ALSTOM公司所采用的盘车方法是有效和可行的。同时，也希望本文能为国内相类似电站机组轴线调整提供一种新的借鉴。