張衛(wèi)勝，熊 偉

(湖南聯(lián)誠(chéng)能源發(fā)展有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000 )

1 概 述

小東江水力發(fā)電廠地處湖南省資興市東江鎮(zhèn)，湘水一級(jí)支流耒水上游，距離大東江水電站9 km，是大東江電站反調(diào)節(jié)電站。電站為河床式開(kāi)發(fā)，廠房位于河床右岸，主廠房長(zhǎng)100 m，寬21.6 m。電站裝機(jī)容量5.5萬(wàn)kW，其中單機(jī)容量2.05萬(wàn)kW和0.7萬(wàn)kW水輪發(fā)電機(jī)組各2臺(tái)。單機(jī)最大發(fā)電流量分別為170 m3/s和58.2 m3/s，水輪機(jī)型式為軸流轉(zhuǎn)槳式。

2 問(wèn)題的提出與理論分析

2016年3月，小東江1號(hào)機(jī)組(SF7.0—32/4650)進(jìn)行B級(jí)檢修，重點(diǎn)解決下導(dǎo)軸承擺度偏大的問(wèn)題。4月16日大東江4號(hào)機(jī)(SF140—36/8900)進(jìn)行A級(jí)檢修，重點(diǎn)工作包括底環(huán)開(kāi)泄壓孔、推力瓦更換及下導(dǎo)軸承擺度偏大處理工作。在兩次檢修過(guò)程中，通過(guò)研究分析擺度產(chǎn)生的原因和要素，采用有效地手段試驗(yàn)判斷引起擺度偏大的直接根源，并通過(guò)調(diào)整轉(zhuǎn)子偏心值加以改進(jìn)，達(dá)到了改善機(jī)組運(yùn)行條件的目的。

擺度產(chǎn)生的根源通常是由于“不垂直”和“不同心”造成。這里的“不垂直”指的是機(jī)組軸線對(duì)鏡板工作面的不垂直，在檢修中一般情況下都作為重點(diǎn)解決軸線擺度過(guò)大的手段。傳統(tǒng)上對(duì)于“不同心”的理解更趨向于考慮軸線的曲折情況，特別是對(duì)于分段主軸結(jié)構(gòu)，法蘭聯(lián)接位置由于運(yùn)行年限長(zhǎng)，分解檢修次數(shù)較多以及加工精度等原因，難免產(chǎn)生折點(diǎn)。對(duì)于法蘭的折點(diǎn)導(dǎo)致各段軸不同心的問(wèn)題，在機(jī)組檢修中可以通過(guò)對(duì)法蘭面刮削、加墊等方法加以解決。而此次檢修工作考慮研究的不同心情況則是傾向于研究機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中轉(zhuǎn)子重心擺度圓與機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心線的同軸度關(guān)系，也就是轉(zhuǎn)子偏心值影響。

轉(zhuǎn)子存在偏心值的直接影響是產(chǎn)生機(jī)組運(yùn)行時(shí)的離心力和不平衡磁拉力。在對(duì)機(jī)組振動(dòng)、擺度等影響分析后可以得出結(jié)論，離心力與機(jī)組轉(zhuǎn)速有直接關(guān)系；而偏心值可以引起離心力和磁拉力兩個(gè)值的同時(shí)變化，而且為同方向的變化。當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速低時(shí)，離心力影響小，主要考慮磁拉力；當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速高時(shí)，主要考慮離心力。因此得出了雙重約束的控制。轉(zhuǎn)速的范圍區(qū)間和設(shè)計(jì)空氣間隙范圍區(qū)間兩個(gè)約束同時(shí)滿足，才被認(rèn)為是合格范圍內(nèi)的偏心值。國(guó)標(biāo)《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》(GB/T 8564—2003)第9.4.13對(duì)轉(zhuǎn)子圓度及偏心值要求：磁極掛裝后檢查轉(zhuǎn)子圓度，各半徑與設(shè)計(jì)半徑之差不應(yīng)大于設(shè)計(jì)空氣間隙值的±4%。轉(zhuǎn)子的整體偏心值應(yīng)滿足表1的要求(見(jiàn)表1)，但最大不應(yīng)大于設(shè)計(jì)空氣間隙的1.5%。

表1 轉(zhuǎn)子整體偏心的允許值

轉(zhuǎn)子產(chǎn)生偏心值的原因主要有以下幾個(gè)方面：轉(zhuǎn)子疊片及磁極安裝工藝精度、轉(zhuǎn)子與主軸法蘭聯(lián)接部位折點(diǎn)及機(jī)組水平調(diào)整精度等。檢修實(shí)施中，依據(jù)盤(pán)車結(jié)果可分別對(duì)法蘭折點(diǎn)和機(jī)組水平進(jìn)行精確調(diào)整，排除外部因素對(duì)轉(zhuǎn)子偏心值的影響，以調(diào)整、改善轉(zhuǎn)子本體重心位置作為工作重點(diǎn)。

判斷轉(zhuǎn)子偏心值以通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子測(cè)圓實(shí)現(xiàn)，但在本質(zhì)上又與轉(zhuǎn)子圓度調(diào)整有所區(qū)別，具體表現(xiàn)為：轉(zhuǎn)子圓度調(diào)整以測(cè)量、調(diào)整各磁極位置轉(zhuǎn)子半徑大小為手段，保證發(fā)電機(jī)空氣間隙在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，是對(duì)轉(zhuǎn)子磁極圓度的外部“形狀”調(diào)整。而偏心值計(jì)算則是依據(jù)測(cè)圓結(jié)果，判斷轉(zhuǎn)子的實(shí)際重心位置與機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心線之間的偏差，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，以改善轉(zhuǎn)子因偏心而導(dǎo)致的運(yùn)行中產(chǎn)生的離心力和不平衡磁拉力。

3 轉(zhuǎn)子偏心值計(jì)算的實(shí)際應(yīng)用

兩次機(jī)組檢修過(guò)程中，對(duì)偏心值計(jì)算調(diào)整的實(shí)際應(yīng)用情況進(jìn)行如下詳細(xì)介紹：

小東江1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子吊出后，進(jìn)行測(cè)圓工作(見(jiàn)表2)。

通過(guò)轉(zhuǎn)子圓度測(cè)量結(jié)果可以看出，3、4號(hào)磁極位置半徑偏小，13、14、15號(hào)磁極位置半徑偏大。進(jìn)一步計(jì)算轉(zhuǎn)子偏心值，依據(jù)公式：

式中，e為轉(zhuǎn)子偏心值(mm)；n為轉(zhuǎn)子半徑的測(cè)點(diǎn)數(shù)；Ri為各測(cè)點(diǎn)的半徑測(cè)量值(mm)；αi為各測(cè)點(diǎn)與X軸的夾角(°)；ΣRisinαi為各測(cè)點(diǎn)的半徑測(cè)量值與測(cè)點(diǎn)所在位置與X軸夾角正弦值的乘積之和；ΣRicosαi為各測(cè)點(diǎn)的半徑測(cè)量值與測(cè)點(diǎn)所在位置與X軸夾角余弦值的乘積之和。

計(jì)算轉(zhuǎn)子偏心值為0.23 mm，方位在17號(hào)磁極，考慮偏心值計(jì)算結(jié)果與測(cè)圓結(jié)果偏差位置基本吻合，可以通過(guò)調(diào)整圓度達(dá)到調(diào)整偏心值的效果。因此在3、4號(hào)磁極位置加0.50 mm鍍鋅鐵皮，并對(duì)14、15號(hào)磁極位置磁軛進(jìn)行打磨；在相鄰磁極指定位置布置測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)，重復(fù)測(cè)量磁軛打磨情況，直至數(shù)據(jù)合格。機(jī)組在開(kāi)機(jī)后進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子支臂施加配重進(jìn)一步精確調(diào)整，最終將小東江1號(hào)機(jī)下導(dǎo)擺度由檢修前的0.50 mm降到0.20 mm，滿足國(guó)標(biāo)要求，成功達(dá)到檢修目的。

表2 小東江1號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子檢修前測(cè)圓記錄 (設(shè)計(jì)空氣間隙值：10 mm，單位：0.01 mm)

在接下來(lái)進(jìn)行的大東江4號(hào)機(jī)組檢修中，檢修人員成功借鑒小東江1號(hào)機(jī)的檢修經(jīng)驗(yàn)，在轉(zhuǎn)子圓度及偏心值都符合標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，依據(jù)偏心值計(jì)算結(jié)果進(jìn)一步進(jìn)行精確調(diào)整，取得了滿意的效果(見(jiàn)表3)。

表3 大東江4號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子檢修前測(cè)圓記錄 (設(shè)計(jì)空氣間隙值：24 mm，單位：0.01 mm)

續(xù)表3 大東江4號(hào)機(jī)轉(zhuǎn)子檢修前測(cè)圓記錄 (設(shè)計(jì)空氣間隙值：24 mm，單位：0.01 mm)

分析轉(zhuǎn)子測(cè)圓結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)子圓度情況良好。進(jìn)一步計(jì)算轉(zhuǎn)子偏心值情況，轉(zhuǎn)子偏心值計(jì)算結(jié)果顯示轉(zhuǎn)子最大偏心值0.06 mm，方位位于25號(hào)磁極。因此，選擇對(duì)7號(hào)磁極(25號(hào)磁極對(duì)面)進(jìn)行加墊調(diào)整；加墊量為0.50 mm，材料選用0.50 mm厚度的鍍鋅鐵皮。機(jī)組開(kāi)機(jī)后運(yùn)行情況良好，在未進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)配重的情況下，將下導(dǎo)軸承擺度成功由最大0.38 mm降至最大0.18 mm，使機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性指標(biāo)得到大幅度提升。

4 結(jié) 語(yǔ)

轉(zhuǎn)子偏心值的計(jì)算調(diào)整是在機(jī)組檢修過(guò)程中進(jìn)行，在標(biāo)準(zhǔn)化檢修策劃階段可以提前進(jìn)行安排布置。改變了傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡情況檢查，需要在機(jī)

組檢修后進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，并依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果施加配重調(diào)整，不利于檢修工期的控制；而且施加配重的質(zhì)量選擇也需要重復(fù)試驗(yàn)才能最終確定。同時(shí)，在風(fēng)洞內(nèi)轉(zhuǎn)子支臂位置固定配重塊時(shí)需要進(jìn)行動(dòng)火作業(yè)，直接增加了火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

在此次進(jìn)行的小東江1號(hào)機(jī)組和大東江4號(hào)機(jī)組兩次檢修中，成功將偏心值的理論計(jì)算應(yīng)用于實(shí)際工作中，主要通過(guò)對(duì)轉(zhuǎn)子偏心值的調(diào)整并輔以動(dòng)平衡試驗(yàn)檢驗(yàn)的手段，解決了機(jī)組運(yùn)行工況下導(dǎo)軸承擺度超標(biāo)的問(wèn)題，為今后解決同類問(wèn)題開(kāi)創(chuàng)了新的思路。