李 寧，馬信武，李延豐

（吉林敦化抽水蓄能有限公司機(jī)電部，吉林省敦化市 133700）

0 引言

江蘇宜興抽水蓄能電站工程是江蘇省“十五”期間建設(shè)的重要能源項(xiàng)目之一，電站位于宜興市西南郊的銅官山區(qū)，距市區(qū)約7km，是一座日調(diào)節(jié)純抽水蓄能電站。電站額定發(fā)電水頭363.00m，總裝機(jī)容量為4×250MW，安裝4臺(tái)可逆式水泵水輪機(jī)機(jī)組，日均發(fā)電量408.5萬(wàn)kWh，年發(fā)電量14.9億kWh，年抽水耗電量19.6億kWh，綜合效率0.76。該電站在電網(wǎng)中主要擔(dān)負(fù)調(diào)峰、填谷、調(diào)頻、調(diào)相和旋轉(zhuǎn)備用等任務(wù)。2008年四臺(tái)機(jī)組全部投產(chǎn)。

2010年豐滿發(fā)電廠在宜興抽水蓄能電站機(jī)組檢修工程中，應(yīng)業(yè)主方要求對(duì)機(jī)組軸線進(jìn)行了檢查并進(jìn)行了軸線處理調(diào)整工作，通過此次契機(jī)我廠技術(shù)人員與宜興抽水蓄能電站專業(yè)技術(shù)人員溝通了軸線調(diào)整工作理念，互相交換了意見，完善了軸線調(diào)整工作的施工方案，確保了機(jī)組軸線調(diào)整工作的質(zhì)量。

1 機(jī)組軸線產(chǎn)生擺度的主要原因

（1）機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量不平衡。轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量不平衡主要指轉(zhuǎn)子重量不平衡。在進(jìn)行發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子組裝時(shí)，為使其重量分布均衡，輪環(huán)鐵片的堆積及掛裝磁極都是稱重后對(duì)稱配置的，但由于轉(zhuǎn)子的直徑和重量都很大，往往難以達(dá)到平衡。一般還需要通過在機(jī)組安裝后的試運(yùn)行中，進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)與配重處理，才能解決。

（2）電磁干擾力。這主要是由于定子與轉(zhuǎn)子圓度不好或發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子中心位置偏差較大造成的氣隙不均勻等原因引起。

（3）主軸軸線不垂直，各部軸承間隙調(diào)整不合格，組軸線運(yùn)轉(zhuǎn)的空間位置調(diào)整不當(dāng)。

（4）各部軸承不同心，或各部軸承中心位置不對(duì)稱。

2 機(jī)組軸線檢查的目的

（1）檢查機(jī)組加工與安裝質(zhì)量，如機(jī)組的旋轉(zhuǎn)中心線處于最優(yōu)中心上，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分的間隙應(yīng)均勻（如定子與轉(zhuǎn)子間氣隙、轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)間隙等），以保證機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生碰撞。

（2）檢查機(jī)組各段主軸的加工與連接質(zhì)量，即主軸法蘭處軸線連接不彎折。

（3）檢查推力軸承與承重機(jī)架的加工質(zhì)量和安裝質(zhì)量，以保證機(jī)組軸線與推力軸承鏡板工作面垂直。

（4）在（2）、（3）聯(lián)合作用下，表現(xiàn)為機(jī)組各軸頸和軸法蘭的擺度大小，應(yīng)符合規(guī)程要求。

3 盤車前的準(zhǔn)備工作

（1）推力軸承安裝完畢后，將轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量支撐在推力軸承上。

（2）轉(zhuǎn)動(dòng)部分與四周間隙基本均勻，包括空氣間隙、止漏間隙等。

（3）安裝X/Y軸線四個(gè)方向四塊上導(dǎo)軸瓦，軸瓦間隙0.02mm。

（4）在上導(dǎo)軸頸、下導(dǎo)軸頸、水導(dǎo)軸頸、水泵水輪機(jī)和發(fā)電電動(dòng)機(jī)聯(lián)軸法蘭及推力頭處均布標(biāo)記8個(gè)同方位的測(cè)量點(diǎn)，并按順時(shí)針編號(hào)（可根據(jù)實(shí)際情況按逆時(shí)針編號(hào)），在各測(cè)量部位+Y、+X方位架設(shè)百分表。機(jī)組盤車采用人工盤車，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分旋轉(zhuǎn)時(shí)，應(yīng)按逆時(shí)針方向（按實(shí)際編號(hào)的反方向）進(jìn)行，同時(shí)應(yīng)啟動(dòng)推力軸承高壓油系統(tǒng)。

4 盤車數(shù)據(jù)整理分析

4.1 擺度圓的繪制

擺度圓的繪制是利用同一測(cè)量部位互成90°布置的X、Y方向的兩塊百分表的讀數(shù)，在方格紙上利用坐標(biāo)關(guān)系，繪制軸中心在盤車過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡的一種方法。擺度圓的圓心為該測(cè)量部位的旋轉(zhuǎn)中心，該圓的直徑即為該測(cè)量部位軸的擺度，即百分表在該點(diǎn)的讀數(shù)。通過擺度圓的繪制更能清晰的了解旋轉(zhuǎn)軸在盤車過程中的運(yùn)動(dòng)軌跡（如圖1所示），從而對(duì)盤車成果的正確程度做出判斷，以利于改進(jìn)盤車方法，獲得較為正確的盤車成果。

圖1 主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)軸線運(yùn)動(dòng)軌跡

4.2 擺度曲線的繪制

（1）進(jìn)行數(shù)據(jù)整理。根據(jù)盤車時(shí)測(cè)得的數(shù)值，求出法蘭處和水導(dǎo)處各點(diǎn)的凈擺度。

（2）使用坐標(biāo)紙，測(cè)點(diǎn)號(hào)為橫坐標(biāo)，凈擺度為縱坐標(biāo)，按比例標(biāo)出各坐標(biāo)點(diǎn)，然后將各點(diǎn)連成圓滑的曲線，波峰與波谷的垂距為主軸在該部位最大凈擺度，并計(jì)算出該點(diǎn)具體位置。

（3）擺度特性曲線（簡(jiǎn)稱擺度曲線）應(yīng)符合“正弦曲線”的規(guī)律（如圖2所示），對(duì)個(gè)別誤差較大的讀數(shù)可酌情考慮甚至刪去，這樣從擺度曲線求得的最大擺度值及其方位，其準(zhǔn)確度要比向量合成的計(jì)算法為高，且易于掌握，故在我廠被廣泛采用。在本次檢修中也應(yīng)用此方法進(jìn)行軸線分析。

圖2 擺度特性曲線

4.3 繪制軸線的水平投影圖

由于水輪發(fā)電機(jī)組的主軸是由發(fā)電機(jī)軸通過法蘭與水輪機(jī)軸相連，一般情況由于法蘭的結(jié)合存在著曲折，致使發(fā)電機(jī)軸法蘭的擺度及其方位與水輪機(jī)軸水導(dǎo)處的擺度及其方位不同，為了在一張圖上能同時(shí)表示出法蘭與水導(dǎo)處軸的擺度與方位，因此提出了軸線的水平投影圖的問題。

（1）以主軸中心為圓心，分別以法蘭和水導(dǎo)處的最大凈全擺度之半為半徑畫圓。

（2）將圓等分8點(diǎn)注上軸號(hào)。

（3）按比例分別標(biāo)出主軸在法蘭處和水導(dǎo)處最大凈擺度方位，連接各點(diǎn)，所形成的折線即為機(jī)組軸線水平投影圖。

4.4 計(jì)算軸線的不垂直度

由盤車成果繪制成軸線水平投影圖以后，可了解軸線的傾斜值與方位以及法蘭曲折的情況，并依據(jù)軸線的水平投影圖，通過圖解法求得軸線的不垂直度。

5 發(fā)電電動(dòng)機(jī)與水泵水輪機(jī)整體盤車

軸系擺度整體檢查。布置足夠人員分布在轉(zhuǎn)子下方以推動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，設(shè)置各部位測(cè)量百分表初始讀數(shù)為零（小針指5，大針指0），啟動(dòng)推力軸承高壓油泵，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子至各測(cè)點(diǎn)位置，關(guān)閉推力軸承高壓油系統(tǒng)，記錄百分表讀數(shù)，并依次完成所有測(cè)點(diǎn)擺度數(shù)據(jù)及回零數(shù)據(jù)的測(cè)量。根據(jù)盤車記錄，計(jì)算各測(cè)量部位擺度（包括集電環(huán)處的擺度），繪制軸線折彎圖，軸系統(tǒng)擺度測(cè)量布置如圖3所示。

圖3 機(jī)組直度和擺度測(cè)量示意圖

6 絕緣墊刮削

6.1 絕緣墊刮削量計(jì)算方法

本機(jī)組為懸吊式發(fā)電電動(dòng)機(jī)組，水導(dǎo)軸承到鏡板距離L=13450mm，推力頭直徑D=1441mm。

計(jì)算公式如下：

式中：Km——水導(dǎo)軸頸處傾斜值；

TJ——水導(dǎo)軸頸處全擺度；

BJ——上導(dǎo)軸頸處全擺度；

T——水導(dǎo)軸頸處凈擺度。

在推力頭絕緣墊上需刮磨厚度的計(jì)算公式：

式中：n——刮削量；

D——推力頭直徑；

L——水導(dǎo)軸頸至推力頭距離。

現(xiàn)舉例說明：

上導(dǎo)、水導(dǎo)處百分表測(cè)量數(shù)據(jù)如表1～表3所示，以此來計(jì)算絕緣墊的刮削厚度n與方位。

表1 原始數(shù)據(jù) mm

表2 各部位的全擺度 mm

表3 水導(dǎo)處凈擺度 mm

由表3可以看出，通過對(duì)凈擺度數(shù)據(jù)的分析可以看出最大擺度點(diǎn)在1號(hào)點(diǎn)。計(jì)算絕緣墊刮削厚度：

即對(duì)1號(hào)點(diǎn)方位刮墊0.035mm。

圖4 刮削區(qū)分配圖

6.2 絕緣墊刮削方法

刮絕緣墊前應(yīng)使轉(zhuǎn)子落在制動(dòng)器上。拔出推力頭與鏡板的連接銷，然后對(duì)稱均勻地松開推力頭與鏡板的連接螺栓，使鏡板落在瓦上，按盤車點(diǎn)的位置用記號(hào)明顯表示出刮削的最大擺度點(diǎn)，并做好絕緣墊的安裝編號(hào)后抽出絕緣墊。安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格核對(duì)原編號(hào)，對(duì)鏡板、推力頭及絕緣墊的結(jié)合面用無(wú)水乙醇清洗，無(wú)雜物夾入。絕緣墊就位后應(yīng)檢查起接縫處應(yīng)無(wú)重疊，并將定位銷釘輕輕插入一段，連接螺栓孔及套筒應(yīng)預(yù)裝好。再一次清掃檢查定位銷及螺栓在推力頭組合縫的雜物。然后對(duì)稱均勻地利用螺栓拉力將鏡板提起。打入銷釘后，落下轉(zhuǎn)子再緊一遍各連接螺栓后才可進(jìn)行盤車。

（1）在平臺(tái)上放置絕緣墊，組成一個(gè)整圓，設(shè)定最大刮削方位點(diǎn)，做好標(biāo)記。

（2）等分刮削區(qū)。設(shè)絕緣墊的最大刮削點(diǎn)為0點(diǎn)，其對(duì)稱方向的最小刮削點(diǎn)為8點(diǎn)，連接0點(diǎn)和8點(diǎn)，并將線段8等分，沿7個(gè)等分點(diǎn)分別作0～8線段的垂線，則絕緣墊被分成8個(gè)刮削區(qū)并分別標(biāo)出1～8個(gè)區(qū)，如圖4所示。

（3）各區(qū)刮削深度計(jì)算。各刮削區(qū)的刮削深度分別為n1=n（最大刮削量），n2=7/8n，n3=6/8n，…n7=1/8n，n8=0。

（4）用外徑千分尺測(cè)量未刮墊前的厚度，并做好記錄，利用砂紙機(jī)和砂紙進(jìn)行高點(diǎn)打磨刮削并反復(fù)用外徑千分尺測(cè)量，以免刮削過多。

（5）經(jīng)過反復(fù)刮削、測(cè)量、修整后，使各刮削區(qū)達(dá)到刮削計(jì)算值。

（6）刮好墊后，用酒精和白布仔細(xì)把絕緣墊擦拭干凈，再用白布繞在鋼板尺上浸酒精后清掃推力頭和鏡板的組合面，然后對(duì)號(hào)裝入絕緣墊（注意絕緣墊在接縫處不能重疊），插入定位銷，擰緊組合螺絲。

（7）重新盤車檢查，絕緣墊可能要多次刮削，直到擺度符合要求為止。

7 機(jī)組中心檢查調(diào)整

機(jī)組總裝完成后，進(jìn)行機(jī)組中心檢查調(diào)整，將轉(zhuǎn)子1號(hào)磁極旋轉(zhuǎn)至+Y位置，在水泵水輪機(jī)底環(huán)下迷宮環(huán)部位均勻標(biāo)示12個(gè)測(cè)量點(diǎn)；在推力擋油圈部位均勻標(biāo)示8個(gè)測(cè)量點(diǎn)；在定子上對(duì)稱標(biāo)示16個(gè)測(cè)量點(diǎn)。順時(shí)針旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，在轉(zhuǎn)子1號(hào)磁極處于0°、30°、60°、…360°時(shí)測(cè)量水泵水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上下止漏環(huán)間隙，計(jì)算轉(zhuǎn)輪靜態(tài)偏心及旋轉(zhuǎn)中心偏心，并根據(jù)計(jì)算獲得的轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)中心偏心值調(diào)整轉(zhuǎn)輪。轉(zhuǎn)輪中心調(diào)整合格后，盤車檢查下述各部位間隙，應(yīng)滿足圖紙及規(guī)范要求：

（1）測(cè)量轉(zhuǎn)子1號(hào)磁極處于逆時(shí)針0°及180°時(shí)推力擋油圈間隙，計(jì)算擋油圈部位靜態(tài)偏心及旋轉(zhuǎn)中心偏心。

（2）測(cè)量轉(zhuǎn)子1號(hào)磁極處于逆時(shí)針0°及180°時(shí)定子與轉(zhuǎn)子空氣間隙，計(jì)算定子、轉(zhuǎn)子靜態(tài)偏心及轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心偏心。

（3）以定子鐵芯+Y方向?yàn)槎c(diǎn)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，測(cè)量磁極上下端空氣間隙，計(jì)算轉(zhuǎn)子圓度。

（4）以轉(zhuǎn)子1號(hào)磁極為定點(diǎn)，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，測(cè)量定子圓周16點(diǎn)上下端空氣間隙，計(jì)算定子圓度；若定子、轉(zhuǎn)子空氣間隙不能滿足規(guī)范要求，應(yīng)對(duì)定子中心進(jìn)行重新調(diào)整。

8 機(jī)組高程檢查

機(jī)組高程調(diào)整包括整體軸系高程調(diào)整和固定部分（包括定子及上、下機(jī)架）高程調(diào)整兩部分。

軸系高程調(diào)整：測(cè)量轉(zhuǎn)輪上冠、下環(huán)與活動(dòng)導(dǎo)葉上下抗磨環(huán)的相對(duì)高差及轉(zhuǎn)子1號(hào)磁極和1號(hào)定子槽上得到n3的測(cè)量值進(jìn)行計(jì)算。如果磁力中心線偏離方向，通過調(diào)整定子高程和調(diào)節(jié)上機(jī)架楔形鍵來調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)部件的高程，使定子和轉(zhuǎn)子磁力線中心線偏差符合要求。

下機(jī)架高程調(diào)整：通過下機(jī)架基礎(chǔ)板上楔形鍵進(jìn)行調(diào)整下機(jī)架高程。檢查下機(jī)架中心、高程、水平符合要求。

9 導(dǎo)軸承間隙調(diào)整

機(jī)組盤車完成后，根據(jù)各部軸承設(shè)計(jì)間隙、軸承處軸線偏心及機(jī)組中心偏差，計(jì)算三部導(dǎo)軸承各抱瓦間隙，并對(duì)導(dǎo)軸瓦進(jìn)行安裝調(diào)整。導(dǎo)軸承間隙調(diào)整前，在百分表監(jiān)測(cè)下，將各導(dǎo)軸承軸頸進(jìn)行可靠固定，三部導(dǎo)軸承間隙全部調(diào)整完成后，測(cè)量軸頸至導(dǎo)軸瓦座之間的距離，撤除固定工具。安裝軸承擋油圈、冷卻器、油水氣管路等附件，注入合格透平油。

（1）水導(dǎo)瓦單側(cè)間隙確定：

式中：δc——水導(dǎo)瓦調(diào)整間隙；

δc0——水導(dǎo)瓦單側(cè)設(shè)計(jì)間隙；

Tc——水導(dǎo)處計(jì)算點(diǎn)的凈擺度值。

（2）下導(dǎo)瓦單側(cè)間隙確定：

式中：δb——下導(dǎo)瓦調(diào)整間隙；

δb0——下導(dǎo)瓦單側(cè)設(shè)計(jì)間隙；

Tb——下導(dǎo)處計(jì)算點(diǎn)的凈擺度值。

（3）上導(dǎo)瓦單側(cè)間隙按設(shè)計(jì)間隙調(diào)整。

在這里計(jì)算導(dǎo)軸瓦間隙宜興抽水蓄能電站采用計(jì)算法求的，而我廠多采用中心投影作圖法計(jì)算。具體求解方式在本文參考文獻(xiàn)［2］《水輪發(fā)電機(jī)檢修》一書中有詳細(xì)介紹在這里就不多贅訴，兩種方法相比較，個(gè)人認(rèn)為作圖法的計(jì)算方法更加直觀準(zhǔn)確。

通過以上的敘述可以有助于讀者分析解決抽水蓄能機(jī)組的軸線處理調(diào)整問題。通過本次機(jī)組檢修工程的軸線調(diào)整工作，機(jī)組開機(jī)運(yùn)行后震動(dòng)擺度均得到大幅改善，導(dǎo)軸承瓦溫也相較檢修前有所下降，可以說本次軸線調(diào)整工作取得了預(yù)期的效果。近年來隨著水輪發(fā)電機(jī)組的制造水平的提高，新裝機(jī)的機(jī)組由于軸線加工精度的提高、導(dǎo)軸承軸瓦設(shè)計(jì)間隙和較大、軸瓦材料優(yōu)化等原因，對(duì)于軸線調(diào)整、偏心瓦間隙的布置等概念逐漸淡化，大多數(shù)抽水蓄能電站繼承歐美生產(chǎn)廠商采用瓦間隙均布的方式處理，這極大地簡(jiǎn)化了檢修流程，提高了生產(chǎn)效率，但對(duì)于機(jī)組軸線處理調(diào)整的分析方法，我認(rèn)為不應(yīng)放棄，應(yīng)與新技術(shù)相結(jié)合從而更有效地提高機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性，這也是筆者在以后參與吉林敦化抽水蓄能電站機(jī)組安裝中需要進(jìn)一步探討研究的方向。

[1] 陳秀芝.水輪發(fā)電機(jī)機(jī)械檢修.北京：中國(guó)電力出版社，2003.

[2] 張誠(chéng)，陳國(guó)慶.水輪發(fā)電機(jī)組檢修.北京：中國(guó)電力出版社，2012.

[3] 趙海軍，王新洪.懸式水輪發(fā)電機(jī)組軸線調(diào)整研究.大電機(jī)技術(shù)，2014（04）.

[4] 陳強(qiáng).三峽ALSTOM水輪發(fā)電機(jī)組軸線調(diào)整.中國(guó)三峽建設(shè)，2003（12）.