立式水轮发电机组轴线测量和调整在实践中的应用

摘要：为解决立式水轮发电机组中轴线测量和调整的问题，通过摆度计算，先对发电机组转子轴线进行测量和调整，再对发电机组整体轴线进行测量和调整，从而快速、精准地完成轴线调整，提高检修效率。

关键词：立式水轮发电机组;机组轴线;测量;调整;应用

0 引言

立式水轮发电机组的轴线是由发电机轴、水轮机轴、中间轴通过推力头与镜板将整根轴支承在推力轴承上而组成，各部件在连接过程中会发生曲折及偏心，使机组运行中轴线在旋转时偏离理论旋转中心旋转，致使机组振动加剧、摆度增大，危害机组的安全运行，甚至会直接造成机组损坏。为防止机组摆度超过允许值，保证机组安全运行，机组检修过程中必须严格对机组轴线进行测量和调整。

1 测量和调整的具体方法

在立式水轮发电机组安装及检修过程中，机组轴线的测量和调整需要计算轴线的各种倾斜角，确定不同的折线方向以及各导轴承的偏心圆等，测量和计算比较复杂。

为提高检修效率，结合多年现场工作实践，通过摆度计算，先对发电机组转子轴线进行测量和调整，再对发电机组整体轴线进行测量和调整，可快速、精准地完成机组轴线调整。

将机组各导轴承连接后先将轴承轴颈8等分（图1），然后用盘车（有人工盘车和机械盘车两种方式）的方式使机组转动部分缓慢旋转，并用测量仪表（百分表或千分表）测出相关部位摆度值，以分析摆度产生的原因、大小和方式，并通过刮削相关组合面或在相关组合面之间相应位置加、减垫的方法进行轴线调整。盘车时在机组相应轴承轴颈处轴线的X方向和Y方向各装一块百分表，测量各点数值后计算出相应轴承处的全摆度和净摆度[1-2]。

全摆度为同一点测量部位对称两点数值之差，计算公式为：

？准=？准180°-？准0（1）

式中：？准为测量点处全摆度读数（mm）;？准180°为测量点处旋转180°时的摆度读数（mm）;？准0为测量点处未旋转时摆度读数（mm）。

净摆度为同一测点上、下部位全摆度数值之差，计算公式为：

？准ab=？准a-？准b=（2j+e）-e=2j（2）

式中：？准ab为测量点处净摆度（mm）;e为径向位移值（mm）;j为倾斜值（mm）。

机组轴线各部位组合面的刮削量或加、减垫数值根据机组各部轴长、净摆度由公式（3）计算得出：

δ=？准ab·D/2L（3）

式中：δ为刮削量或加、减垫数值（mm）;D为组合面直径（mm）;L为轴长（mm）。

发电机轴与推力头的组合面现场一般通过刮削镜板绝缘垫的方法调整机组轴线，水轮机轴与发电机轴连接的法兰组合面现场一般通过加、减铜垫的方法调整机组轴线。刮削时，先将镜板绝缘垫沿摆度最大点的对称轴线方向平均分为8等分区域（图2），用0.5#或者1#砂纸裹住便于操作的方形铁块，从垂直最大点轴线方向由外向内以楔形坡度逐渐递减到零进行刮削。无论是刮削还是加、减铜垫均在盘车测量计算所确定的高点处进行。

2 测量和调整实例分析

某水电厂1#水轮发电机组容量为12.5 MW，推力头直径为800 mm，发电机转子轴长3 500 mm，转子轴法兰直径725 mm，转子轴法兰至水导轴颈中心线长4 248 mm，水轮机轴长4 995.5 mm。该机组在某次A级检修中采用人工盘车的方式，用百分表测量摆度，先对发电机转子进行单独盘车测量和转子轴线调整。

发电机下导轴颈处第一次盘车摆度数据（原始数据）如表1所示。

取全摆度最大点？准3-7，由公式（3）进行刮削量的计算：

δ=0.38×800/（2×3 500）≈0.04 mm

倾斜值由公式（2）计算，即：

j=？准ab/2=0.38/2=0.19 mm

将镜板绝缘垫以3-7点为轴线8等分（图2），因3点高，刮削时以垂直3-7点轴线由3点向7点各区域以楔形坡度逐渐递减到零进行刮削，刮削量由0.04 mm逐渐递减到0 mm。镜板绝缘垫刮削后盘车摆度数据如表2所示。

测出各点数值后用公式（1）计算出全摆度？准如表2所示，可以看出镜板绝缘垫最高点依然为3-7点方向，但数值最大为0.035 mm，已经满足技术标准下导摆度不大于0.06 mm的要求，机组转子轴线调整已结束。将发电机轴与水轮机轴连接后进行整体盘车，调整机组轴线。连接水轮机轴后盘车测量水导轴颈处摆度如表3所示。

由上述计算结果可知法兰高点分别在6、7、8点，由公式（3）计算加垫量如下：

δ6=0.28×725/（2×4 248）≈0.02 mm

δ7=0.46×725/（2×4 248）≈0.04 mm

δ8=0.28×725/（2×4 248）≈0.02 mm

倾斜值由公式（2）计算，即：

j=？准ab/2=0.46/2=0.23 mm

法兰加垫方位如图3所示，加垫后盘车测量出水导轴颈中心线处摆度如表4所示。

测出各点数值后用公式（1）计算出全摆度？准如表4所示，可以看出法兰高点在5、6、7点处，但全摆度最大为0.055 mm，已满足技术标准水导摆度不大于0.25 mm的要求，机组轴线调整完毕。在实际轴线调整中因存在各折线、偏心及倾斜，调整过程中的转化量可能会忽大忽小，因此可能会出现多次调试，需要找到实际变化规律来进行调整。

该机型上导轴线因推力头中线（轴颈）至镜板长度只有400 mm，其上导摆度较小，已在技术标准内，达到了技术要求，在整个轴线调整中可暂时忽略。

3 结语

在立式水轮发电机组轴线测量和调整过程中，先进行发电机组轴线调整，再对发电机轴与推力头的組合面进行联合测量和调整，与常规测量方法相比，本文方法速度快、调整精度高，可广泛应用于中小型立式水轮发电机组安装与检修的机组轴线测量与调整工作。

[参考文献]

[1] 刘云.水轮发电机故障处理与检修[M].北京：中国水利水电出版社，2002.

[2] 陈锡芳.水轮发电机结构运行监测与维修[M].北京：中国水利水电出版社，2008.

收稿日期：2021-07-14

作者简介：祝庭达（1977—），男，云南罗平人，电气工程师，主要从事水力发电站的运行和维护工作。