加垫法在悬式抽水蓄能机组轴线调整中的应用

孙成玲，申岳进，徐海水，刘 洋，司红建，钱忠裕

（1.江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏 溧阳 213333；2.大唐陈村水力发电厂，安徽 泾县 242500）

0 简介

沙河抽水蓄能电站安装两台立轴单级混流可逆式水泵水轮机及三相立轴悬式风冷同步可逆式发电电动机组，单机容量50 MW，由GE 公司（原法国ALSTOM）设计制造，于2002 年6、7 月份相继投入商业运行。自投产以来两台机组一直存在单上导限位无法盘车的问题。即每次盘车只能通过同时单上导、下导限位或者上导、水导限位的方式进行盘车，只能检查转动部件的轴向跳动，无法验证机组轴线的曲直情况，即下导、水导处的径向摆度值是否符合GE 标准[1]。

1 原因分析

2 号机组A 修期间对卡环、推力头、镜板、推力瓦、弹性油箱、连轴法兰等关键部件（见图1）进行逐一排查。

图1 关键部件示意图

1.1 转动部件直线度不满足要求

采用激光跟踪仪对卡环形位尺寸进行测量检查。检查结果：卡环上平面对称方位的高度差0.06 mm（见图2），不满足GB8564 标准不大于0.02 mm 的要求；卡环下端面平面度（见图2）、推力头圆柱度及其与卡环垂直度（见图3）、镜板平面度（见图4）满足要求。

图2 卡环上、下端面平面度

图3 推力头圆柱度及其与卡环垂直度

图4 镜板平面度

卡环上平面对称方位高差0.06 mm，致使轴线产生倾斜，反映到水导处轴线偏差达1.178 mm [（0.06×8 228）/419]，反映到上迷宫处轴线偏差达1.312 mm[（0.06×9 167.64）/419]，反映到下迷宫处轴线偏差达1.499 mm[（0.06×10 464.64）/419]。由于卡环上端面平面度不满足要求，致使机组盘车时若仅放置上导瓦限位，则出现转动部件倾斜，下迷宫动静环接触的现象，即无法盘车。

1.2 推力瓦水平不满足要求

沙河抽水蓄能电站8 块推力瓦安装在弹性油箱上，弹性油箱主要由8 个支柱、8 片法兰、8 个弹性金属膜片、底座、密封件及连接螺栓等（见图5）组装成一个密闭的弹性装置，其中弹性油箱内部工作油压为15 MPa。

图5 弹性油箱

采用内径千分尺、游标卡尺、深度尺等对推力瓦支柱高度、弹性油箱法兰高度、弹性油箱底座高度、推力瓦厚度等分别进行测量。结果如下：

8 块推力瓦支柱本体高度：1 号72.12 mm，2 号72.02 mm，3 号72.06 mm，4 号72.04 mm，5 号71.96 mm，6 号71.91 mm，7 号72.02 mm，8 号72.08 mm，测量结果1 号、3 号、6 号、8 号不满足要求，最大高差为0.21 mm，不满足GE 标准。

弹性油箱法兰内径1 号206.1 mm，2 号206.1 mm，3 号206.2 mm，4 号206.2 mm，5 号206.1 mm，6 号206.2 mm，7 号206 mm，8 号206.1 mm，推力瓦支柱外径202~202.02 mm，即弹性油箱法兰与推力瓦支柱配合间隙不满足GE 标准。

8 块推力瓦支柱置于弹性油箱内的高度（测量点见图6，单位mm）1 号（A：5.4；B：5.2；C：4.9；D：5.2），2 号（A：4.8；B：4.9；C：5.3；D：5.2），3 号（A：4.9；B：5.4；C：5.5；D：5.0），4 号（A：5.4；B：5.7；C：5.3；D：5.0），5 号（A：5.2；B：5.6；C：5.4；D：5.1），6 号（A：5.0；B：5.5；C：5.5；D：5.0），7 号（A：5.0；B：5.2；C：5.6；D：5.4），8 号（A：5.3； B：5.1；C：4.9；D：5.0）。8 个支柱最大高差达0.9 mm，同一支柱四个测量点最大高差达0.7 mm，不满足GE 标准。

图6 支柱高度测量点

8 个弹性油箱法兰高度（以弹性油箱底座为基准高75 mm）和8 块推力瓦厚度（139.82~139.84 mm）均满足要求。

2 加垫调整

2.1 通用工艺

抽水蓄能机组轴线的测量和调整，包括发电电动机主轴轴线的测量和调整、发电电动机与水泵水轮机主轴连接后总轴线的测量调整，可分段逐项进行，也可以一并综合进行。其中发电电动机主轴轴线的测量，是为了检查主轴与镜板的不垂直度，测出其数值和方位，通过采取加垫或者修刮卡环等措施，使机组各部位摆度符合标准要求[2]。

轴线测量前要做好以下准备工作：

（1）调整推力瓦受力，使镜板处于水平状态。

（2）在上导轴径（推力头外圆）、下导及水导轴径处，沿圆周划8 等分线，上下两部分的等分线在同一方位上，按逆时针方向顺次对应编号。具体做法：先在推力头上作8 等分线，在+Y 处装表，然后再在下导、水导+Y 处也装表，采取点停方式，按上导编号编出下导、水导盘车号。

（3）安装推力头处的导轴瓦（悬式为上导瓦，伞式为下导瓦）用以控制主轴径向位移，瓦面涂薄而均匀的透平油或猪油。瓦背抗重螺栓用扳手轻轻扳紧，以盘车过程中主轴位移在0.03~0.05 mm 为宜。

（4）检查各转动与固定部件缝隙处无异物卡阻及刮碰。

2.2 调整过程

沙河抽水蓄能电站主机属于立轴悬式可逆式机组，整个转动部件重量通过卡环、推力头、镜板、推力瓦、弹性油箱等落在上机架上。鉴于卡环上平面度、弹性油箱支柱高差、弹性油箱支柱与弹性油箱法兰配合间隙存在超标问题，安全起见，现场采取了在推力头与镜板间加垫方式进行轴线调整[3]。

工艺过程：上导装对称5 块瓦（单边间隙0.02~0.03 mm），下导装对称3 块瓦辅助，下导瓦的间隙值为单边0.5 mm，目的是保障上下迷宫动静环不接触。盘车前上导+Y 和+X 方向分别设垂直方向2 块百分表，上导、下导、水导互成90°方向垂直对应方位各设百分表2 块。采取到点停的方式盘车，记录盘车数据，同时用框式水平仪分别记录推力头上端面对应8 点处的旋转水平。对旋转水平进行分析计算，若镜板旋转水平满足标准要求，则按照（1）工序进行后续工作；若旋转水平不满足标准要求，则先按照（2）工序进行后续工作，之后再按照（1）工序进行后续工作。

（1）分析下导、水导摆度数据，根据水导处的摆度数据计算出推力头与镜板间加垫的方位和厚度。

（2）根据旋转水平数据，计算上机架8 个支腿的加垫厚度，再次盘车，待旋转水平满足标准要求后，再通过（1）工序对机组轴线调整。

效果验证：上导放对称5 块瓦（单边间隙0.02~0.03 mm），下导放对称3 块瓦（单边间隙0.02~0.03 mm），推力头±Y 和±X 方向分别设垂直方向2 块、水平方向2 块百分表，上导、下导、水导互成90°方向垂直对应方位各设百分表2 块。采取到点停的方式盘车，记录盘车数据，同时用框式水平仪分别记录推力头上端面对应的8 点处的旋转水平。分别对轴向跳动、旋转水平、径向摆度进行分析计算，均满足标准要求。盘车工作结束。

导瓦安装：机组弹性盘车后，导轴瓦回装过程中，上导瓦单边间隙0.23 mm（标准0.25±0.02 mm），下导瓦总间隙0.46 mm（标准0.5±0.04 mm），单边间隙结合盘车数据确定，水导瓦总间隙0.46 mm（标准0.5±0.04 mm），单边间隙结合盘车数据确定。

第一次盘车。盘车状态：上导限位（5 块上导瓦单边0.03~0.05 mm），下导辅助（3 块下导瓦单边0.5 mm），水轮机部分处于自由状态。盘车数据，水导最大全摆度1.21 mm 严重超标（GE 标准不大于0.39 mm，GB 8564 标准不大于0.32 mm），鉴于之前未进行过轴线调整工作，经保守计算，在推力头和镜板之间6、7、8 方位（7 偏6）加0.05 mm 不锈钢垫片。

第二次盘车。盘车状态：上导限位，下导完全松开，水轮机部分处于自由状态。盘车数据反应机组轴线趋好，即水导最大全摆度降为1.07 mm，经计算进行第二次加垫，在6、7、8 方位（7 偏8）加0.05 mm不锈钢垫片。

第三次盘车。盘车状态同第二次。盘车数据改善明显，即水导最大全摆度降为0.45 mm。通过数据计算结合前面两次加垫情况，进行第三次加垫，在5、6、7 方位（6 偏5）加0.03 mm 不锈钢垫片。

第四次盘车。此次盘车数据水导最大全摆度降为0.15 mm，完全满足相关标准。

综上所述，轴线调整后加垫情况为方位5 加垫0.03 mm，方位6 加垫0.08 mm，方位7 加垫0.1 mm，方位8 加垫0.05 mm。3 块不锈钢垫片分别穿过6、7方位的固定螺栓及8 方位的定位销，并位于镜板上端面12 mm 深止口内，机组长期运行中无甩出风险。

3 取得成效

沙河抽水蓄能电站2 号机组通过4 次盘车、3次加垫的方式对机组轴线进行了调整。调整后静态盘车时下导、水导处净摆度由起初的0.52 mm、1.21 mm 降为0.08 mm、0.14 mm，同时满足GE 标准和GB 8564 标准。动态运行时机组稳定性试验及动态运行数据表明2 号机组振动、摆度、瓦温等均得到明显改善。

上导摆度分别比首轮A 修后、本次A 修前降低29%、33%；下导摆度分别降低18%、20%；水导摆度特别是在抽水工况下大幅降低，平均值分别降低30%、32%；顶盖振动分别降低44%、44%；尾水管振动分别降低22%、23%。由此可见，轴线调整后机组振动、摆度等主要运行参数得到了大幅改善，达到ISO 7919-5 标准的A 区水平（即最优水平，机组可不加限制地运行），对机组长期安全稳定运行意义重大。

表1 轴线调整后机组振摆参数对比

机组整体运行温度较修前明显降低（约8~9℃）。另外，各轴瓦温度也较去年同期有不同程度下降，分别降低约3~4℃。机组运行温度的降低，有利于各部件运行寿命的延长。

表2 机组温度参数对比

4 结语

沙河抽水蓄能电站于2023 年2 号机组A 修期间通过综合论证，采取了在推力头与镜板间加垫的方式对机组轴线进行调整，调整后机组运行稳定性得到大幅改善，综合运行水平纵向比较优于投产初期及上一轮A 修后水平，横向比较整体优于1 号机组，达历史最优。同时结束了困扰电站多年的仅设单上导限位无法盘车的历史。该工艺的成功实施可为同类机组解决类似问题提供参考。