萬 連 彬

(四川涼山水洛河電力開發(fā)有限公司，四川 涼山 615000)

撒多水電站#3機(jī)組軸線出現(xiàn)折線的原因分析及處理

萬 連 彬

(四川涼山水洛河電力開發(fā)有限公司，四川 涼山 615000)

根據(jù)撒多水電站#3水輪發(fā)電機(jī)組軸線折線數(shù)據(jù)，結(jié)合多年積累的安裝經(jīng)驗，分步采取處理措施，調(diào)整了機(jī)組軸線，滿足了機(jī)電安裝規(guī)范要求。分析了立式水輪發(fā)電機(jī)組軸線出現(xiàn)折線的原因，采取了相應(yīng)的處理措施。

撒多水電站；軸線；折線；處理

1 概 述

撒多水電站為四川涼山水洛河電力開發(fā)有限公司投資建設(shè)的水洛河流域梯級開發(fā)中的第十級電站，位于四川省涼山州木里縣寧朗鄉(xiāng)，經(jīng)右岸引水至撒多溝口下游1 km建地下廠房，作為該公司流域滾動開發(fā)的第一批次項目發(fā)電。撒多水電站水輪發(fā)電機(jī)組由杭州力源發(fā)電設(shè)備有限公司制造，水輪機(jī)組型號為HLY151-LJ-260，發(fā)電機(jī)型號為SF-J70-20/5400，單機(jī)引用流量為51.47 m3/s，工作水頭為152 m，額定轉(zhuǎn)速為300 r/min，裝機(jī)容量為210 MW。該水電站的開發(fā)任務(wù)主要為發(fā)電。

2013年12月，撒多水電站在#3水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備安裝過程中、發(fā)電機(jī)單盤各項數(shù)據(jù)合格后進(jìn)行了連接水輪機(jī)軸盤車，發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)軸的水導(dǎo)擺度值、法蘭擺度值不在規(guī)定范圍之內(nèi)，無法進(jìn)行正常盤車和轉(zhuǎn)動部件旋轉(zhuǎn)。若不進(jìn)行處理，將會導(dǎo)致以后機(jī)組運(yùn)行產(chǎn)生水輪機(jī)軸的振動和轉(zhuǎn)動部件梳齒密封摩擦等嚴(yán)重后果。技術(shù)人員通過對盤車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、計算與匯總，組織廠家、專家、安裝、監(jiān)理代表共同分析了撒多水電站#3水輪發(fā)電機(jī)組水輪機(jī)軸折線產(chǎn)生的原因，制定了詳細(xì)的處理方案并予以實施，使水輪機(jī)水導(dǎo)處的擺度值在規(guī)范規(guī)定的范圍之內(nèi)。

2 機(jī)組軸線擺度的調(diào)整規(guī)范及方法

根據(jù)撒多水電站懸吊式水輪發(fā)電機(jī)組安裝使用維護(hù)說明書和水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范8564-2003的技術(shù)要求，對撒多水電站#3水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行了機(jī)械盤車，其機(jī)組軸線應(yīng)符合下列要求：

(1)一般采用盤車方法檢查并調(diào)整軸線。盤車前，機(jī)組轉(zhuǎn)動部分處于中心位置，大軸處于自由狀態(tài)并垂直。

(2)推力軸承剛性盤車，各瓦受力應(yīng)初調(diào)均勻，鏡板水平符合(GB/T8564—2003 9.5.5 a) 要求。調(diào)整靠近推力頭的導(dǎo)軸瓦或臨時導(dǎo)軸瓦的單側(cè)間隙，一般為 0.02～ 0.03 mm。軸線調(diào)整完畢，機(jī)組各部擺度值應(yīng)不超過表1中的要求。

表1 機(jī)組軸線的允許擺度值(雙振幅)表

注：水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范8564-2003。

(3)分段軸結(jié)構(gòu)的機(jī)組盤車時應(yīng)檢查各段軸線的折彎情況，其偏差一般不宜大于0.04 mm/m。機(jī)組盤車前，應(yīng)查閱軸線在廠內(nèi)的加工記錄以及熱打鍵(或熱加墊)后轉(zhuǎn)子與上、下軸止口的間隙變化情況，以便在盤車時檢查軸線的變化。

(4)在轉(zhuǎn)子處于中心位置時，宜用空氣間隙監(jiān)測裝置配合盤車方式核對定子圓度、轉(zhuǎn)子圓度分別符合GB/T8564—9.3.10 a和GB/T8564—9.4.13的 要求。

撒多水電站水輪發(fā)電機(jī)組測量軸線的方法：

根據(jù)撒多水電站水輪發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量、設(shè)備制造單位提供的盤車工具，安裝單位通過電站橋式起重機(jī)懸掛鋼繩對機(jī)組采取機(jī)械盤車的方法使水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動部件旋轉(zhuǎn)，規(guī)避了人為的盲目給力、強(qiáng)制約束、電磁干擾等其它方式影響轉(zhuǎn)動部件測量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確，節(jié)約了一定的人力投入，效率得以提高。技術(shù)人員根據(jù)立式機(jī)組軸線軸瓦工作面百分表記錄的擺度值，分析了軸線產(chǎn)生擺度的原因、大小和方位。通過刮削有關(guān)組合面或在有關(guān)組合面之間加墊的方法，使卡環(huán)表面與軸線以及法蘭組合面與軸線的不垂直度獲得糾正，使其擺度減小到允許的范圍內(nèi)。機(jī)械盤車采取的一般步驟如下。

3 機(jī)組軸線的測量與處理

3.1 機(jī)組軸線的測量

發(fā)電機(jī)單盤合格后連水輪機(jī)大軸，對機(jī)組整體進(jìn)行盤車軸線測量，分別在發(fā)電機(jī)上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承及水輪機(jī)大軸法蘭、水導(dǎo)軸承位置架設(shè)百分表，利用橋式起重機(jī)對機(jī)組進(jìn)行盤車，測量各部位的擺度值。連軸后第一次盤車數(shù)據(jù)見表2。

3.2 機(jī)組軸線的分析與處理

表2 連軸后第一次盤車數(shù)據(jù)表 /10-2 mm

根據(jù)對連軸后得到的盤車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知發(fā)電機(jī)上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承處擺度值滿足規(guī)范要求，主軸法蘭與水導(dǎo)軸承擺度值超標(biāo)且全擺度方向相反，與下導(dǎo)全擺度值最大點不在同一方位，若采取處理卡環(huán)的方式保證水導(dǎo)擺度，下導(dǎo)及法蘭將不合格，因此無法通過采取處理卡環(huán)的方式同步減小下導(dǎo)、法蘭、水導(dǎo)的擺度。根據(jù)數(shù)據(jù)分析得知：下導(dǎo)、法蘭與水導(dǎo)軸承將出現(xiàn)折線。為使軸承各部擺度值合格，只有對大軸法蘭進(jìn)行刮削處理。

3.2.1 采取刮削法蘭面的方式取得的處理結(jié)果

(1)準(zhǔn)備20 mm厚的鐵板若干，在制動器上加鐵板，利用機(jī)組制動器將轉(zhuǎn)子頂起400 mm，打磨下法蘭面。

(2)主軸法蘭直徑為1.29 m，法蘭至水導(dǎo)測點距離為3 m，法蘭的刮削量需根據(jù)盤車數(shù)據(jù)計算得到，其計算公式為：

(1)

式中δ1為法蘭最大刮削量，mm；φ1為水導(dǎo)處的全擺度值，mm；D1為卡環(huán)底面直徑，m；L為水導(dǎo)測點至法蘭的垂直距離，m。

將水輪機(jī)連軸法蘭面等分為9段，根據(jù)相應(yīng)公式計算出法蘭各區(qū)域段的刮削量(圖1)。

法蘭刮削處理完成后連接發(fā)電機(jī)軸和水輪機(jī)軸，再次盤車取得的測量結(jié)果見表3。

3.2.2 機(jī)組刮削卡環(huán)后得到的處理結(jié)果

根據(jù)表3中的數(shù)據(jù)分析得知上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承處的全擺度已滿足規(guī)范要求，但主軸法蘭仍超標(biāo)。為減小法蘭擺度，采取對發(fā)電機(jī)卡環(huán)進(jìn)行刮削處理的方式，調(diào)整法蘭的擺渡值在規(guī)范值內(nèi)，卡環(huán)刮削處理后得到的連軸盤車數(shù)據(jù)見表4。

由于#3主機(jī)主軸設(shè)備出現(xiàn)折線，在對卡環(huán)進(jìn)行處理后主軸法蘭處的擺度仍超出規(guī)范要求，根據(jù)筆者對處理前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析得知，再對卡環(huán)進(jìn)行處理將會影響下導(dǎo)和水導(dǎo)擺度，因此，不再對軸線進(jìn)行調(diào)整。

表3 研磨刮削法蘭后得到的盤車數(shù)據(jù)表 /10-2 m

表4 刮削卡環(huán)后得到的盤車數(shù)據(jù)表 /10-2 m

3.3 通過機(jī)組動平衡試驗優(yōu)化#3主機(jī)轉(zhuǎn)動部件的振動擺度

在機(jī)組啟動時，由于法蘭擺度數(shù)據(jù)超標(biāo)，對下導(dǎo)擺度影響較大，通過轉(zhuǎn)子動平衡試驗，采用計算數(shù)據(jù)重新配重，對機(jī)組轉(zhuǎn)動軸線擺度進(jìn)行合理調(diào)整，有效地減小了機(jī)組軸線軸承擺度值(表5)。

表5 #3機(jī)組配重前后各部位振動擺度數(shù)據(jù)表 /μm

注：上述空轉(zhuǎn)工況為100%額定轉(zhuǎn)速，空載工況為100%空載額定電壓。配重前后振擺數(shù)據(jù)均為通頻幅值，單位為μm。

4 機(jī)組軸線出現(xiàn)折線的原因分析

立式水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動部分由水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、水輪機(jī)軸、發(fā)電機(jī)軸、推力頭、轉(zhuǎn)子、上段軸構(gòu)成，不同容量、型式的機(jī)組構(gòu)成整個轉(zhuǎn)動部分的分解部分不同。為滿足加工、運(yùn)輸、安裝要求，水輪發(fā)電機(jī)軸采取分段加工制造的方式，在加工過程中影響軸線部位的主要因素有：水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸的法蘭結(jié)合面、轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)大軸的法蘭結(jié)合面，設(shè)備在加工結(jié)合面過程中的加工誤差和安裝等造成軸線誤差疊加，通過軸線綜合轉(zhuǎn)移到各結(jié)合軸面形成較大的折點，進(jìn)而對轉(zhuǎn)動軸線的同軸度產(chǎn)生影響；另外，現(xiàn)場組裝所采用的安裝工藝也會對軸線產(chǎn)生較大的影響。結(jié)合撒多水電站#3機(jī)組軸線線性折線調(diào)整，筆者分析產(chǎn)生軸線變化的因素有以下幾點。

4.1 發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)軸連接法蘭對軸線的影響

發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)主軸部件結(jié)構(gòu)尺寸大，材質(zhì)要求強(qiáng)度較高，隨著國內(nèi)數(shù)控加工工藝的提高，單部件加工產(chǎn)生的偏差相對較小，在裝卸、運(yùn)輸、安裝過程中，對外部因數(shù)應(yīng)綜合考慮，在滿足軸的綜合性能的前提下，選擇合理的主軸尺寸、長度、材質(zhì)，使其構(gòu)成軸線的直線度可以得到良好的保證，合理減少因軸線過長對軸線直線度帶來的綜合影響、危害機(jī)組安全運(yùn)行。

按照規(guī)范，應(yīng)將主軸法蘭與發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)軸線的垂直度偏差嚴(yán)格控制在0.02 mm內(nèi)。主軸在加工過程中，單軸加工精度檢測數(shù)據(jù)完全滿足要求，但在安裝完成、對軸線進(jìn)行校核時，在軸的關(guān)鍵控制點處常會出現(xiàn)折點，此乃累積疊加誤差所致。

為此，水輪發(fā)電機(jī)組主軸的同軸度在大軸加工過程中，應(yīng)避免水輪機(jī)大軸與發(fā)電機(jī)大軸法蘭偏差方向一致。目前各大型設(shè)備制造廠均配有大型數(shù)控機(jī)床，針對多段軸結(jié)構(gòu)應(yīng)采取在連軸整體上機(jī)床測量、配裝等工作以減少主軸在安裝過程中累積的疊加誤差，同時對水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)主軸法蘭加工進(jìn)度提出較高的數(shù)控要求和出廠前對裝配法蘭組合面的精度進(jìn)行檢測，造成設(shè)備在現(xiàn)場無法處理及處理困難較大，進(jìn)而影響到設(shè)備的安裝進(jìn)度。

4.2 上段軸和推力頭對軸線的影響

立式水輪發(fā)電機(jī)組推力頭安裝方式有兩種，分別是現(xiàn)場熱套和法蘭螺栓連接。法蘭螺栓緊固的推力頭結(jié)構(gòu)又分推力頭與發(fā)電機(jī)大軸連接和推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭連接。不同結(jié)構(gòu)、不同安裝方式的推力頭對機(jī)組軸線的影響不同，應(yīng)具體分析。熱套結(jié)構(gòu)的推力頭在中小型水輪發(fā)電機(jī)組中應(yīng)用較廣泛，同時，現(xiàn)場安裝便于提供合理的安裝條件，推力頭與發(fā)電機(jī)大軸、轉(zhuǎn)子軸頸呈過渡配合，受熱套工藝或轉(zhuǎn)子軸頸與推力頭加工的配合偏差對軸線同心度和直線度的影響較大；大型機(jī)組采用法蘭連接方式，推力頭的上下平行度對軸線影響較大，如果該部位出現(xiàn)折點，會使其上下同軸度偏差增大。

4.3 發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子的安裝對軸線性影響較大

對于中型以上的水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子，在現(xiàn)場完成組裝、疊片、磁極掛裝等工作，轉(zhuǎn)子的重量平衡對轉(zhuǎn)軸及整個機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的法蘭面的平行度和同心度影響突出，如不加以嚴(yán)格控制，將會對整臺機(jī)組軸線帶來較大影響，嚴(yán)重時將危害機(jī)組的安全運(yùn)行。所以，在現(xiàn)場組裝發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子時，應(yīng)對轉(zhuǎn)子輪轂加工、焊接、轉(zhuǎn)子的磁片分類清洗、重量分配和圓度偏差、磁極掛裝過程磁軛熱打鍵嚴(yán)格控制。同時，在現(xiàn)場焊接過程中亦產(chǎn)生了新的焊接應(yīng)力，應(yīng)力變化可使轉(zhuǎn)子上下法蘭的平行度和同心度產(chǎn)生變化。

4.4 通過水輪發(fā)電機(jī)組動平衡試驗對機(jī)組軸線進(jìn)行檢驗及轉(zhuǎn)動部件的調(diào)整

水輪發(fā)電機(jī)組的振動和擺度在機(jī)組旋轉(zhuǎn)過程中很多是由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡和磁拉力分布不均勻造成的，按照相關(guān)規(guī)范，水輪發(fā)電機(jī)組在安裝完成試運(yùn)行前應(yīng)完成機(jī)組的動平衡試驗，對轉(zhuǎn)子進(jìn)行有限元動力特性計算,分析試重塊加在轉(zhuǎn)子不同端面時對平衡效果的影響,通過轉(zhuǎn)動部件在不同轉(zhuǎn)速、不同磁場、不同運(yùn)行工況的特征對轉(zhuǎn)子動平衡采取適合的配重方案并對后期運(yùn)行特性進(jìn)行綜合分析，有效地改善了機(jī)組軸線、轉(zhuǎn)子重量、轉(zhuǎn)子磁場分布不均帶來的振動和擺度過大的問題并予以合理的彌補(bǔ)調(diào)整，恢復(fù)了機(jī)組轉(zhuǎn)動部件在最優(yōu)工況下運(yùn)行。

4.5 設(shè)備的運(yùn)輸、保管對軸線的影響

大、中型水輪發(fā)電機(jī)組之水輪機(jī)軸、發(fā)電機(jī)軸設(shè)備在制造廠生產(chǎn)完畢均需要儲存和運(yùn)輸?shù)诫娬?，在設(shè)備進(jìn)行儲存過程中應(yīng)做好設(shè)備受外界氣候變化對金屬結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響；在設(shè)備運(yùn)輸過程中應(yīng)充分論證裝卸過程中的吊裝、道路、車輛運(yùn)輸中因軸偏長而導(dǎo)致軸線受力的變化，采取合理的運(yùn)輸方案和設(shè)備加固校正等措施減小對軸線的影響。

5 結(jié) 語

通過對撒多水電站#3發(fā)電機(jī)與水輪機(jī)軸連接法蘭出現(xiàn)的機(jī)組軸線折線進(jìn)行調(diào)整及原因分析，綜合分析了影響水輪發(fā)電機(jī)組軸線的因數(shù)有連軸法蘭、推力頭與軸頸加工精度及熱套工藝、轉(zhuǎn)子安裝工藝及設(shè)備在吊裝、運(yùn)輸、儲存保管過程等，針對分段軸存在的影響軸線線性的偶然性，在其安裝過程中，應(yīng)根據(jù)實際測量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，結(jié)合安裝步驟和經(jīng)驗制定可靠、成熟的處理措施，確保機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

萬連彬(1982- )，男，四川攀枝花人，工程師，學(xué)士，從事水電站機(jī)電技術(shù)與設(shè)備管理工作.

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017- 01- 10

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1001- 2184(2017)04- 0094- 04