陳忠偉，唐鵬程

（中國(guó)水利水電第三工程局有限公司制造安裝分局，陜西 西安 710032）

某水電站采用壩后式廠房，引水管道為單機(jī)單管，廠內(nèi)安裝2臺(tái)20 MW的水力發(fā)電機(jī)組，機(jī)組型式為典型的三導(dǎo)懸式機(jī)組，額定轉(zhuǎn)速273 r/min。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行，2號(hào)機(jī)組的振擺均超過(guò)規(guī)范允許范圍，應(yīng)業(yè)主邀請(qǐng)對(duì)2號(hào)機(jī)組進(jìn)行處理。

2號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)在發(fā)電機(jī)外罩處測(cè)得上機(jī)架水平振動(dòng)0.25mm；同時(shí)測(cè)量上導(dǎo)處擺度0.10～0.12mm；水導(dǎo)處擺度0.18～0.20 mm，機(jī)組運(yùn)行時(shí)噪聲較大。對(duì)2號(hào)機(jī)組進(jìn)行過(guò)速試驗(yàn)，在發(fā)電機(jī)外罩處測(cè)量上機(jī)架水平振動(dòng)0.35 mm，上導(dǎo)處擺度0.18 mm，水導(dǎo)處擺度0.28 mm。按照國(guó)標(biāo)GB8564的規(guī)定，立式機(jī)組帶導(dǎo)軸承支架的水平振動(dòng)允許值（雙幅值）為：當(dāng)機(jī)組額定轉(zhuǎn)速250≤n＜375 r/min時(shí)，各部位水平振動(dòng)允許值為0.07 mm。顯然，2號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的水平振動(dòng)已超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求。

查閱并分析2號(hào)機(jī)組安裝、運(yùn)行記錄后，初步認(rèn)定是機(jī)組軸線不正導(dǎo)致的振動(dòng)、擺度過(guò)大。為查明原因?qū)?號(hào)機(jī)組進(jìn)行了各項(xiàng)試驗(yàn)，如空載試驗(yàn)、轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡試驗(yàn)、過(guò)速試驗(yàn)、不同水力工況的運(yùn)行試驗(yàn)、定子繞組及磁極接線檢查等測(cè)試。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行配重試驗(yàn)，經(jīng)處理后機(jī)組的振動(dòng)稍有減輕，在額定轉(zhuǎn)速時(shí)，上機(jī)架水平振動(dòng)降至0.20～0.22 mm，但仍不滿足規(guī)范要求。為消除振動(dòng)過(guò)大而危害機(jī)組安全運(yùn)行的隱患，逐項(xiàng)排除了其它各處可能引起機(jī)組振動(dòng)的因素后，認(rèn)定機(jī)組軸線不正是造成機(jī)組振動(dòng)過(guò)大的主要原因。

1 重新測(cè)量機(jī)組軸線

軸線測(cè)量是通過(guò)對(duì)機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部分進(jìn)行機(jī)械或電氣盤車找擺度的方法進(jìn)行。為避免數(shù)據(jù)混亂和保證盤車的準(zhǔn)確、可靠性，特作以下技術(shù)要求：

（1）以帶磁極引線的支臂中心線對(duì)應(yīng)大軸處為1號(hào)點(diǎn)，逆時(shí)針在大軸上等分編號(hào)1～8點(diǎn)（大軸直徑900 mm，每?jī)牲c(diǎn)間弧長(zhǎng)353 mm），各測(cè)點(diǎn)上下對(duì)應(yīng)，并處在同一垂直平面上。

（2）上、下、水導(dǎo)軸承的軸頸處設(shè)百分表（上導(dǎo)與下導(dǎo)測(cè)點(diǎn)距離L1為3.5 m，下導(dǎo)與水導(dǎo)測(cè)點(diǎn)距離L2為4.7 m），＋X，＋Y方向各一塊，同一方位的百分表應(yīng)同一垂直平面上，表頭指向軸心。

（3）盤車前晃軸檢查，大軸必須處于自由狀態(tài)讀數(shù)才有效。如發(fā)現(xiàn)有阻，應(yīng)找出方位，并調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)部分中心消除干擾。

（4）記錄盤車時(shí)的起始和每次停留位置，以便畫擺度曲線時(shí)修正。

（5）盤車后的擺度曲線應(yīng)近似正弦曲線，否則應(yīng)找出原因重新盤車。

準(zhǔn)備工作完成后進(jìn)行軸系中心調(diào)整，機(jī)組的迷宮間隙均值0.90 mm，因此機(jī)組中心調(diào)整以迷宮間隙為準(zhǔn)。連續(xù)進(jìn)行三次盤車，均發(fā)生盤車不到半圈時(shí)大軸出現(xiàn)“抖動(dòng)”。抖動(dòng)每次出現(xiàn)在大軸的3號(hào)點(diǎn)盤到第一象限約45°左右，說(shuō)明最大擺度點(diǎn)在3號(hào)點(diǎn)附近，重新調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)部分中心，將對(duì)應(yīng)3號(hào)點(diǎn)處的迷宮間隙調(diào)整為0.70 mm，對(duì)面7號(hào)點(diǎn)處調(diào)整為1.10 mm，垂直方向1號(hào)和5號(hào)處調(diào)整均為0.9 mm，重新盤車數(shù)據(jù)如表1（取y軸測(cè)點(diǎn)）、擺度特性曲線如圖1。

圖1 重新盤車后的擺度特性曲線

由圖1中的擺度特性曲線可看出：

1）下導(dǎo)處最大全擺度φbmax=0.55 mm，波峰位于軸號(hào)3偏向軸號(hào)4方向13.5°，波谷位于軸號(hào)7偏向軸號(hào)8方向13.5°，兩者相差180°。

2）水導(dǎo)處最大全擺度φcmax=1.12 mm，波峰位于軸號(hào)3偏向軸號(hào)4方向33.75°，波谷位于軸號(hào)7偏向軸號(hào)8方向33.75°，兩者相差180°。

3）由下導(dǎo)、水導(dǎo)的全擺度方位可見(jiàn)，下導(dǎo)與水導(dǎo)連接法蘭處有折線，但基本在同一直線上，主要折線發(fā)生在推力頭處。

4）分析測(cè)量數(shù)據(jù)得知，上導(dǎo)處的擺度基本無(wú)變化，故計(jì)算中可忽略。依據(jù)上導(dǎo)及水導(dǎo)的擺度特性曲線，用全擺度作為凈擺度進(jìn)行計(jì)算。

下導(dǎo)處的相對(duì)擺度：φba/L1=0.56/3.5=0.16 mm/m大于規(guī)范要求的0.03 mm/m。

水導(dǎo)處的相對(duì)擺度：φca/L2=1.12/(3.5+4.7)=0.137 mm/m大于規(guī)范要求的0.05 mm/m。

2 機(jī)組軸線處理

2.1 加墊處理

根據(jù)軸線測(cè)量結(jié)果，水輪機(jī)大軸和發(fā)電機(jī)大軸連接法蘭處也存在折線，但基本在同一直線上，主要折線點(diǎn)在推力頭處。因此，主要考慮發(fā)電機(jī)軸線的處理，因2號(hào)機(jī)組無(wú)鏡板絕緣墊，故采用加墊處理，軸線傾斜與推力頭調(diào)整之關(guān)系如圖2。加墊最大厚度δ的計(jì)算（按下導(dǎo)處的最大擺度計(jì)算）：

經(jīng)計(jì)算應(yīng)在鏡板背面與軸號(hào)7偏8方向13.5°對(duì)應(yīng)位置加0.10 mm厚的紫銅皮（如圖3）。加墊完成后，重新盤車測(cè)得結(jié)果變化不大，繼續(xù)按圖3所示加墊至δ1=0.20 mm，所測(cè)數(shù)據(jù)如表2。

圖3 推力頭下平面與鏡板上平面加墊處理圖

表2 加墊處理后擺度記錄 單位：0.01mm

由圖4中的擺度特性曲線可看出：

（1）下導(dǎo)處最大全擺度φbmax=0.39 mm，波峰位于軸號(hào)3偏向軸號(hào)2方向11.25°，波谷位于軸號(hào)7偏向軸號(hào)6方向11.25°，兩者相差180°

（2）水導(dǎo)處最大全擺度φbmax=0.71 mm，波峰位于軸號(hào)3偏向軸號(hào)4方向31.5°，波谷位于軸號(hào)7偏向軸號(hào)8方向31.5°，兩者相差180°。

下導(dǎo)處的相對(duì)擺度：φba/L1=0.39/3.5=0.11mm/m大于規(guī)范要求的0.03mm/m。

水導(dǎo)處的相對(duì)擺度：φca/L2=0.71/(3.5+4.7)=0.087 mm/m大于規(guī)范要求的0.05 mm/m。

2.2 修刮卡環(huán)處理

經(jīng)過(guò)多次加墊，機(jī)組軸線還是超過(guò)規(guī)范要求，而水導(dǎo)與下導(dǎo)軸線的方向一致，那么軸線不正的原因可能出在了其它地方，經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為造成的原因可能出在推力頭與主軸的配合上面了。本套機(jī)組的推力頭與大軸間設(shè)計(jì)為過(guò)渡配合，其配合間隙為0.05 mm，加墊造成一斜度，大軸應(yīng)隨動(dòng)以減少或完全校正大軸的不垂直度。而實(shí)際情況是大軸動(dòng)的很少或者末動(dòng)，原因可能是推力頭與大軸配合間隙過(guò)大，而且卡環(huán)配合工作面也有較大間隙，使得推力頭動(dòng)作抵消了加墊厚度造成的斜度。

檢查卡環(huán)工作配合面確有間隙。打開(kāi)卡環(huán)檢查，推力頭頂部與大軸軸肩不平齊，相差最大處正好與盤車找出的最大擺度方位基本吻合。綜合分析軸線失控的原因，初安裝時(shí)，推力頭與大軸間未完全松動(dòng)，處于“膠合”狀態(tài)，軸線彎曲不很嚴(yán)重。而運(yùn)行一段時(shí)間后，在強(qiáng)大的軸向水推力和擺度造成的轉(zhuǎn)動(dòng)部分圓周慣性力的作用下，推力頭開(kāi)始松動(dòng)，造成軸線嚴(yán)重彎曲而失控，從而使推力頭承受力中心偏心，引起推力軸承的不均衡變形，又引起轉(zhuǎn)子的振擺，同時(shí)使迷宮間隙和空氣間隙不均勻而出現(xiàn)水力不平衡及轉(zhuǎn)子磁拉力不均衡，這些因素造成了機(jī)組振動(dòng)的加劇。

采取修磨卡環(huán)表面成斜楔狀的方法，人為制造一個(gè)斜度，以修正發(fā)電機(jī)大軸的不垂直度。修磨量計(jì)算：

（1）加墊厚度折算到卡環(huán)面上的修正量δ2

式中：d—卡環(huán)上工作面外徑0.45 m

（2）剩余發(fā)電機(jī)軸不垂直修正量δ3

（3）總修正量（最大修磨量）δZ

考慮水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)大軸連接法蘭處的折線，故取最大修磨量為0.10 mm。將卡環(huán)兩瓣拼成整圓，按最大擺度方位（軸號(hào)7偏向軸號(hào)6方向11.25°）劃線，再將此方位的直徑等分五份，并通過(guò)此等分線劃直徑的垂線（如圖5所示）?？ōh(huán)上平面處理后的盤車數(shù)據(jù)如表3、圖6。

圖5 卡環(huán)上平面分區(qū)刮削圖

表3 卡環(huán)上平面刮削后擺度記錄 單位：0.01mm

圖6 卡環(huán)上平面刮削后的擺度曲線

由圖6中的擺度特性曲線可看出：

1）下導(dǎo)處最大全擺度為φbmax=0.03 mm，且近似為一條直線。

2）水導(dǎo)處最大凈擺度為φbmax=0.18 mm，波峰位于軸號(hào)5偏向軸號(hào)4方向6.25°，波谷位于軸號(hào)1偏向軸號(hào)8方向62.5°，兩者相差180°。

下導(dǎo)處的相對(duì)擺度：φba/L1=0.03/3.5=0.01 mm/m小于規(guī)范要求的0.03 mm/m。

水導(dǎo)處的相對(duì)擺度：φca/L2=0.18/(3.5+4.7)=0.022 mm/m小于規(guī)范要求的0.05 mm/m。

經(jīng)上述處理后開(kāi)機(jī)運(yùn)行測(cè)試，2號(hào)機(jī)組上機(jī)架水平振動(dòng)為0.02 mm，過(guò)速試驗(yàn)時(shí)為0.05 mm，均小于規(guī)范要求的0.07 mm。測(cè)量各處擺度均滿足范圍要求，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)。

3 結(jié)語(yǔ)

軸線調(diào)整是機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，由于制造加工誤差和安裝時(shí)的調(diào)整誤差，機(jī)組軸線與旋轉(zhuǎn)中心線有一定的偏差，運(yùn)行時(shí)就要產(chǎn)生擺度。因此，軸線找正是施工中的關(guān)鍵工作。依據(jù)測(cè)量擺度值，經(jīng)計(jì)算分析機(jī)組軸線產(chǎn)生擺度的原因、大小和方位，并通過(guò)對(duì)有關(guān)組合面的刮削處理，使鏡板和軸線的不垂直或連接處的軸線折彎和不同心得以糾正，最終將擺度減小到允許的范圍內(nèi)。

水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中的振動(dòng)不可能完全避免和消除，機(jī)組過(guò)大的振動(dòng)不僅危及水電站的安全運(yùn)行，而且還影響水電站和電力系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。引起水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的原因有：電磁、機(jī)械和水力原因，其中機(jī)組軸線不正是導(dǎo)至振動(dòng)的原因之一，通過(guò)軸線糾正，使機(jī)組運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)在規(guī)定的范圍內(nèi)，以減少或消除對(duì)機(jī)組運(yùn)行的安全隱患。

[1]馮覺(jué)林.水輪發(fā)電機(jī)安裝工藝學(xué)[M].北京：水利電力出版社，1987.

[2]王玲花.水輪發(fā)電機(jī)組的安裝與檢修[M].北京：中國(guó)水利水電出版社，2012.

[3]GB/T8564-2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

[4]趙海軍，王新洪.懸式水輪發(fā)電機(jī)組軸線調(diào)整研究[J].大電機(jī)技術(shù)，2014（04）：30-34.