唐 煊

（湖南五凌電力工程有限公司， 湖南 長沙 410004）

1 概述

1.1 立式機組的分類

立式水輪發(fā)電機組分類方法有許多，根據(jù)水流通過轉(zhuǎn)輪的方向不同，可分為混流式、軸流式、斜流式、可逆式等；以推力軸承布置方式不同，可分為懸吊式機組（推力軸承在轉(zhuǎn)子上方），傘式機組（推力軸承在轉(zhuǎn)子下方），其中傘式機組又分為全傘式機組（無下導(dǎo)軸承）和半傘式機組（有下導(dǎo)軸承）；以推力軸承結(jié)構(gòu)不同，可分為自調(diào)節(jié)推力軸承機組和剛性推力軸承機組；根據(jù)導(dǎo)軸承的數(shù)量不同，可分為三導(dǎo)式機組和兩導(dǎo)式機組。

導(dǎo)軸承的作用是用來承受水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動部分的徑向機械不平衡力和電磁不平衡力，并約束軸線徑向位移和防止軸的擺動，使機組軸線在規(guī)定數(shù)值范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。導(dǎo)軸承一般結(jié)構(gòu)如圖1，圖中部件：1—軸承座；2—密封罩；3—滑轉(zhuǎn)子（軸領(lǐng)）；4—主軸；5—導(dǎo)軸承瓦；6—套筒；7—支柱螺釘；8—冷卻器。

圖1 導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)圖

1.2 擺度產(chǎn)生的原因

間隙范圍內(nèi)產(chǎn)生位移，因此，在主軸其它測量部位處所測得的單側(cè)擺度值內(nèi)均含有上述位移的因素，我們把主軸某測量部位處與限位導(dǎo)軸承處同軸號的單側(cè)擺度值之差，稱為該點的凈擺度。

相對擺度：主軸某測量部位、某軸號的凈擺度值除以限位導(dǎo)軸承中心至該測量部位設(shè)表處的軸長之商，稱為主軸在該測量部位、該軸號處的相對擺度。實際應(yīng)用中所稱的相對擺度，是指最大相對擺度而言。對于主軸某個測量部位而言，其相對擺度只有一個。

軸系產(chǎn)生擺度的原因很多，主要原因有：1）鏡板磨擦面與軸線不垂直。2）法蘭組合面與軸承不垂直。3）整體軸線偏離理論旋轉(zhuǎn)中心線。一般情況下，擺度是以上多種因素的組合（如圖2）。

圖2 擺度產(chǎn)生示意圖

1.3 擺度對機組運行的影響

由于擺度的產(chǎn)生，使機組在旋轉(zhuǎn)時不再那么平穩(wěn)，各部位振動和噪音加劇，也加速了導(dǎo)軸承瓦的磨損。對導(dǎo)軸承的裝配也產(chǎn)生了影響。以下是國家和行業(yè)規(guī)范中對導(dǎo)軸承瓦裝配的要求：

《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》BT 8564-2003：5.6.2導(dǎo)軸瓦安裝應(yīng)符合下列要求：a)導(dǎo)軸瓦安裝應(yīng)在機組軸線及推力瓦受力調(diào)整合格，水輪機止漏環(huán)間隙及發(fā)電機空氣間隙符合要求的條件下進行。為便于復(fù)查轉(zhuǎn)軸的中心位置，應(yīng)在軸承固定部分合適部位建立中心測點，測量并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)；b)導(dǎo)軸瓦安裝時，一般應(yīng)根據(jù)主軸中心位置，并考慮盤車的擺度方向及大小進行間隙調(diào)整，安裝總間隙應(yīng)符合設(shè)計要求。但對只有兩部導(dǎo)軸承的機組，調(diào)整間隙時，可不考慮擺度；c)分塊式導(dǎo)軸瓦間隙允許偏差不應(yīng)超過±0.02 mm；筒式導(dǎo)軸瓦間隙允許偏差，應(yīng)在分配間隙值的±20%以內(nèi)，瓦面應(yīng)保持垂直。

《水輪發(fā)電機組推力軸承、導(dǎo)軸承安裝調(diào)整工藝導(dǎo)則》SL 668-2014：5.3.2當(dāng)轉(zhuǎn)軸處于實際回轉(zhuǎn)中心時，懸式機組的上導(dǎo)、傘式機組的下導(dǎo)、以及采用彈性盤車時抱緊轉(zhuǎn)軸的兩部軸承（可為上導(dǎo)和水導(dǎo)），其間隙為均勻調(diào)整；其它軸承應(yīng)考慮轉(zhuǎn)軸的盤車擺度方位及大小進行間隙調(diào)整；對只有兩部導(dǎo)軸承的機組可以不考慮擺度而均勻調(diào)整間隙。

從以上規(guī)范中可以看出，由于機組擺度的產(chǎn)生，對導(dǎo)軸承的間隙分配提出了要求。導(dǎo)軸承間隙分配的目的，就是為了使主軸旋轉(zhuǎn)中不蹩勁，約束主軸擺度，減輕軸瓦磨損和降低瓦溫。導(dǎo)軸承瓦間隙調(diào)整的原則是所有導(dǎo)軸承中心在主軸的旋轉(zhuǎn)中心線上，且使各導(dǎo)軸承同心。導(dǎo)軸承瓦間隙分配的依據(jù)有：1）各導(dǎo)軸承處的擺度；2）導(dǎo)軸承設(shè)計間隙。導(dǎo)軸承間隙調(diào)整前，必須做好以下準(zhǔn)備：1）推力瓦受力調(diào)整合格；2）經(jīng)盤車檢查機組軸線合格；3）水輪機止漏環(huán)和發(fā)電機空氣間隙合格（即轉(zhuǎn)軸處于實際回轉(zhuǎn)中心）。

2 導(dǎo)軸承間隙分配的方法

導(dǎo)軸承間隙分配的方法分為下面幾個步驟：1）盤車測量大軸各部位擺度值；2）計算出導(dǎo)軸承處的凈全擺度；3）根據(jù)擺度值計算軸瓦間隙；4）根據(jù)計算結(jié)果對軸瓦間隙進行調(diào)整。

2.1 不同類型機組導(dǎo)軸承瓦間隙分配的原則

根據(jù)機組結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)軸承瓦間隙分配和盤車的要求和方法也不相同。

（1）兩導(dǎo)式機組

可不考慮機組擺度，對導(dǎo)軸承間隙平均分配。但對于剛性推力軸承的機組，一般也應(yīng)該考慮機組擺度，以上導(dǎo)或下導(dǎo)軸承作為限位導(dǎo)軸承進行盤車，對水導(dǎo)軸承間隙按照盤車擺度值進行計算和分配，對限位導(dǎo)軸承間隙均勻分配。

（2）三導(dǎo)式機組

1）剛性支撐推力軸承的機組

懸吊式：以上導(dǎo)軸承作為限位軸承盤車，上導(dǎo)間隙均分，下導(dǎo)和水導(dǎo)根據(jù)擺度計算；

半傘式：以下導(dǎo)軸承作為限位軸承盤車，下導(dǎo)間隙均分，上導(dǎo)和水導(dǎo)根據(jù)擺度計算。

2）彈性支撐推力軸承的機組

以兩部導(dǎo)軸承作為限位導(dǎo)軸承，其軸瓦間隙均分，另一導(dǎo)軸承間隙依擺度計算分配。

另外，如果導(dǎo)軸承處大軸擺度小于軸瓦允許的最小間隙（一般為0.05 mm），也可不考慮擺度，將該導(dǎo)軸承處軸瓦間隙均勻分配。

2.2 擺度值的測量

擺度測量，需要應(yīng)用到盤車的方法。擺度測量工作，一般是在需要測量擺度的部位，+X和+Y方向各裝設(shè)一塊百分表，用機械力（或電動力、人力）使轉(zhuǎn)動部分轉(zhuǎn)動，每轉(zhuǎn)動45°停下來讀數(shù)，轉(zhuǎn)動一圈，每塊表就有8個讀數(shù)，然后根據(jù)這8個讀數(shù)計算出擺度值，兩塊表的讀數(shù)值可互為驗算。這種測量方法是我國多年來一直沿用的方法，一般稱其為“兩表八點法”。

以剛性支撐的半傘式三導(dǎo)軸承機組為例，下導(dǎo)軸承最靠近推力頭，盤車時一般以下導(dǎo)作為限位軸承（必要和條件允許的情況下也可以在靠近推力頭處設(shè)置臨時導(dǎo)軸承作為限位軸承），抱緊下導(dǎo)瓦，將上導(dǎo)及水導(dǎo)瓦間隙放足夠大，從+Y方向開始將大軸圓周等分為8等分，逆時針編號，順時針盤車，測量上導(dǎo)、下導(dǎo)、法蘭、水導(dǎo)等處的擺度值（如圖3）?？蓽y量3～5次以驗證盤車數(shù)據(jù)的一致性。懸吊式機組因上導(dǎo)距推力頭最近，故盤車時一般以上導(dǎo)作為限位軸承。

圖3 盤車編號圖

2.3 盤車數(shù)據(jù)的計算

以剛性支撐的半傘式機組為例，有三個導(dǎo)軸承，以下導(dǎo)軸承作為限位導(dǎo)軸承，其盤車進行擺度測量和計算的結(jié)果如表1：

表1 盤車數(shù)據(jù)記錄表

根據(jù)前述定義，凈擺度是大軸某部位單側(cè)擺度值與限位導(dǎo)軸承該方向單側(cè)擺度之差。凈全擺度是大軸某部位凈擺度與其對側(cè)部位凈擺度之差。

水導(dǎo)處的凈擺度：φSJ=φS-φX，φS和 φX分別是水導(dǎo)和下導(dǎo)處的擺度值。

水導(dǎo)處凈全擺度：φSJQ1－5=φSJ1-φSJ5，φSJ1和 φSJ5分別是水導(dǎo)1號點和5號點的凈擺度值。

在對盤車所測的擺度數(shù)據(jù)進行計算時應(yīng)注意下列事項：

1）檢查數(shù)據(jù)應(yīng)基本成正弦趨勢，否則應(yīng)進行核查或重新盤車。2）反復(fù)核對防止看錯數(shù)據(jù)位置（行、列）。3）反復(fù)核對驗證數(shù)據(jù)的正負和方向。4）某點的全擺度值應(yīng)為本側(cè)減去對側(cè)，不能弄反。

2.4 導(dǎo)軸承間隙計算

導(dǎo)軸承間隙計算有多種方法，這里介紹兩種常用的基本方法：三角函數(shù)法和圖解法。

（1）三角函數(shù)法

各軸承軸瓦間隙分配為：δi= δ/2-φmaxcos αi/2式中：δi-軸瓦的應(yīng)調(diào)間隙；

δ-該軸承設(shè)計總間隙，其中筒式瓦為實測值；φmax-該軸承處的最大凈全擺度；

αi-各瓦抗重螺栓中心或測點與該處軸最大擺度點的夾角。

最大擺度φmax與擺度所在方向α的計算

如圖4，導(dǎo)軸承為10塊瓦，1號瓦在+X方向，那么1號瓦的夾角α1=90-θ，

10號瓦的夾角α10=90-θ-360/10

圖4 三角函數(shù)法計算導(dǎo)軸承間隙

如表1中盤車數(shù)據(jù)，水導(dǎo)軸承有10塊瓦，下導(dǎo)軸承有12塊瓦，計算水導(dǎo)軸承瓦間隙：

φx=6（+X 方向的凈全擺度），φy=18（+Y 方向的凈全擺度）

α1=90-18.4=71.6，導(dǎo)瓦間隙設(shè)計值（雙側(cè)）：δ=0.40 mm，

δi=δ/2- φmaxcosαi/2=20-0.19×cos αi/2

計算結(jié)果如表2。

表2 間隙計算結(jié)果

（2）圖解法

如表1中盤車數(shù)據(jù)，計算水導(dǎo)軸承的間隙，步驟如下（如圖5）：

圖5 圖解法計算導(dǎo)軸承間隙

1）以水導(dǎo)的單測設(shè)計間隙為半徑（可按比例放大），以下導(dǎo)中心O下為圓心，畫出水導(dǎo)的軸承圓；2）在水導(dǎo)軸承圓上標(biāo)出各導(dǎo)瓦的位置；3）在水導(dǎo)軸承圓內(nèi)求出水導(dǎo)處軸心的位置O水；4）自軸承的軸心點O水向相對兩塊軸瓦的連線做垂線，分別量取該垂足到這兩塊瓦的距離，就是這兩塊瓦的間隙值。

上導(dǎo)瓦間隙計算方法與水導(dǎo)瓦相同；下導(dǎo)軸承的間隙可以按照設(shè)計單側(cè)間隙均勻調(diào)整。

根據(jù)表1中數(shù)據(jù)：

水導(dǎo)處X方向凈全擺度：⑦-③=6；Y方向凈全擺度：①-⑤=18

上導(dǎo)處X方向凈全擺度：⑦-③=-6；Y方向凈全擺度：①-⑤=-11.5

大軸中心偏差為凈全擺度的一半，那么在下導(dǎo)圓內(nèi)的投影座標(biāo)：水導(dǎo)處軸心（3，9）；上導(dǎo)處軸心（-3，-5.75）。

3 導(dǎo)軸承間隙調(diào)整

根據(jù)以上方法，計算出導(dǎo)軸承各分塊瓦間隙后，在對分塊瓦間隙進行調(diào)整前，還需要檢查確認以下事項：

（1）核對大軸的位置，確認軸號1處于機組+Y方向；

（2）認真核對軸瓦位置，軸瓦編號與計算時的位置完全一致；

（3）測量迷宮環(huán)間隙，發(fā)電機空氣間隙，確認轉(zhuǎn)動部分處于機組中心位置。

分塊瓦間隙調(diào)整步驟如下：

1）調(diào)整前為防止大軸偏移，可先用楔塊將轉(zhuǎn)輪迷宮環(huán)塞緊；

2）在大軸上要進行調(diào)整的對稱兩塊瓦處打上百分表，監(jiān)測主軸位移；

3）先將對稱2塊瓦抱緊，調(diào)整好對應(yīng)導(dǎo)瓦的間隙；

4）間隙調(diào)整完成后鎖緊調(diào)整螺桿；

5）調(diào)整完成后要進行復(fù)查，無誤后再緊一遍鎖緊螺母，并折好鎖定片。

對于楔子板結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軸承（如下頁圖6），需要根據(jù)楔子板表面的坡度（一般為1：50），計算楔子板上方螺桿需要調(diào)整的高度。在調(diào)整時還應(yīng)注意，楔子板和抗重塊安裝前，應(yīng)仔細核對方向，切勿裝反。

對于支撐螺釘結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軸承（如下頁圖7），在抱瓦時可用兩只小千斤頂或兩個楔形塊，在瓦背兩側(cè)把導(dǎo)瓦頂靠軸領(lǐng)，頂好后應(yīng)保持原位不變，調(diào)整支撐螺釘球面與瓦背面的間隙，調(diào)好后把支持螺釘?shù)穆菽告i住，再次復(fù)查，合格后即可進行下一對瓦的調(diào)整工作。整體調(diào)整完畢后，取下楔形塊或恢復(fù)小千斤頂。

圖6 楔子板結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軸承

圖7 支撐螺釘結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軸承

4 結(jié)語

立式機組導(dǎo)軸承間隙的調(diào)整對機組運行至關(guān)重要。本文介紹的兩種導(dǎo)軸承間隙計算的方法，適用于所有類型立式水輪發(fā)電機組的分塊瓦導(dǎo)軸承間隙計算，個人認為其中圖解法更加簡便實用。對于不同結(jié)構(gòu)的機組，盤車和擺度測量的方法也有很大區(qū)別，有時還需要我們在實踐中進行驗證和總結(jié)。比如對于彈性支撐結(jié)構(gòu)的三導(dǎo)式機組，以哪兩個導(dǎo)軸承作為限位導(dǎo)軸承進行盤車，對于機組運行狀態(tài)更有利，目前尚沒有統(tǒng)一的結(jié)論。在三板溪電廠彈性支撐半傘式機組大修中，實驗結(jié)果顯示，以上導(dǎo)和下導(dǎo)作為限位導(dǎo)軸承進行盤車較為適宜，對于其他類似機組是否適用，還有待于進一步實踐驗證。

參考文獻：

[1]陳秀芝.水輪發(fā)電機檢修[M].北京：中國電力出版社，2002.

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[3] SL 668-2014水輪發(fā)電機組推力軸承、導(dǎo)軸承安裝調(diào)整工藝導(dǎo)則[S].