林錦光 吳 靖 張清衛(wèi)

曼維萊水電站位于喀麥隆南部，是一座徑流式水電站，廠房內安裝4臺單機額定容量為52.75 MW的混流式水輪發(fā)電機組。水輪機型號為HLLJ-355，發(fā)電機型號為SF52.75-36/8000，設計水頭55 m，設計流量108.1 m3/s，額定轉速166.7 r/min，軸向水推力不大于2 930 kN。發(fā)電機采用上下2個導軸承的立軸懸式結構，上下導軸承分別由12塊及10塊扇形瓦、楔形調整裝置等組成，推力軸承置于上導軸承油槽內，由10塊扇形瓦組成，采用彈性圓盤支撐結構。水輪機水導軸承由12塊扇形瓦、楔形調整裝置等組成。機組的軸線由輔機軸、發(fā)電機軸和水輪機軸等組成，采用螺栓連接。機組通過推力頭和鏡板，將整根軸支撐在推力軸承上，再通過上機架、定子機座傳導到機組受力基礎。

1 機組軸線狀態(tài)分析

在假定水輪發(fā)電機組軸線與鏡板回轉面絕對垂直的理想情況下，同時組成軸線的各部分沒有傾斜也沒有曲折，那么機組軸線在回轉時，將與機組理論回轉中心重合。但是，機組安裝后實際的機組軸線與鏡板回轉面不會絕對垂直，軸線本身也不會是一條理想的直線。軸線上任一點所測得的錐度圓，就是該點的擺度圓。

目前現(xiàn)場遇到的連軸后可能出現(xiàn)的軸線狀態(tài)，如圖1所示。

（1）鏡板回轉面及法蘭結合面都與軸線垂直，總軸線無擺度和曲折，如圖1（a）所示。

（2）鏡板回轉面與軸線不垂直，而法蘭面與軸線垂直，總軸線無曲折，按擺度距離線性放大，如圖1（b）所示。

（3）鏡板回轉面與軸線垂直，而法蘭結合面與軸線不垂直，總軸線有曲折，法蘭處擺度為零，水導處有擺度，如圖1（c）所示。

（4）鏡板回轉面及法蘭結合面與軸線均不垂直，兩處不垂直方位相同、相反或成某一方位角等，總軸線有曲折、法蘭及水導處均有擺度，如圖1（d）～（i）所示。

圖1 軸線曲折狀態(tài)

水輪發(fā)電機組軸線垂直度對機組的穩(wěn)定運行（機組振動、擺度、瓦溫等）起到至關重要的作用，因此，現(xiàn)場需要對水輪發(fā)電機組進行軸線垂直度測定及軸線垂直度的調整。通過盤車，用百分表測出有關部位（一般包括水導軸承處、機組聯(lián)軸法蘭處、下導軸承處、上導軸承處及鏡板軸向水平等）的擺度值，借以分析軸線產(chǎn)生擺度的原因、大小和方位。并通過刮削卡環(huán)的方法，使鏡板本身摩擦面與軸線、法蘭組合面與軸線的不垂直得以糾正，使機組各部分擺度減少到所允許的范圍內。目前現(xiàn)場普遍使用的國家標準允許偏差見表1、2。

表1 不同軸轉速下機組軸線的允許擺度值（雙振幅）

表2 鏡板允許的軸向擺度

2 機組軸線不垂直原因及軸線調整

造成機組軸線不垂直的原因，大體可概括為由于設備生產(chǎn)加工精度的限制，設備安裝過程中安裝工藝不當、安裝精度不夠等。

由于設備生產(chǎn)加工精度造成機組軸線不垂直主要包括：

（1）推力頭與主軸配合較松，卡環(huán)厚薄不均；

（2）推力頭底面與主軸不垂直；

（3）推力頭與鏡板的絕緣墊厚薄不均；

（4）鏡板加工精度不夠；

（5）主軸本身不垂直等。

機組軸線調整是在機組安裝后進行，在現(xiàn)場因設備加工精度而導致的軸線不垂直屬于不可逆因素。對于機組安裝過程中由于安裝工藝、安裝精度造成的機組軸線不垂直，現(xiàn)場可通過改善安裝工藝、安裝精度等措施，減少或者避免。

（1）在推力軸承安裝前應對推力軸承安裝面水平進行重新測量。由于推力軸承承重機架在預安裝后，受力基礎板混凝土澆筑、混凝土凝固過程中都會導致承重機架水平發(fā)生變化；承重機架定位銷釘鉆銑精度不夠，如銷釘安裝后與銷釘孔的間隙不滿足規(guī)范要求，導致銷釘定位效果差，在正式安裝時承重機架不能安裝到預安裝位置致使機架水平、中心發(fā)生變化等。因此，在推力軸承安裝前應重新檢查其安裝面的水平，如不滿足要求可采用在基礎板間加墊的方式進行調整。

（2）發(fā)電機軸與水輪機軸聯(lián)接時，聯(lián)軸法蘭面毛刺或者灰塵等雜物沒有完全清理干凈；聯(lián)軸螺栓拉伸時沒有進行對稱同時拉伸，或者在聯(lián)軸螺栓對稱拉伸時對稱位置的聯(lián)軸螺栓伸長值偏差太大。如存在上述情況，會導致機組聯(lián)軸后軸線在聯(lián)接法蘭處發(fā)生彎折，造成機組軸線不垂直。同時，機組在運行中的力矩傳遞主要通過聯(lián)接法蘭面的摩擦力及聯(lián)接螺栓的拉緊力，在測量螺栓伸長值時不宜采用計算角度的方式進行計算，而應在螺栓兩側各架設百分表，這樣測得的螺栓伸長值較為準確。

（3）安裝推力軸承。在吊裝推力鏡板前，一定要重新校核相鄰推力瓦間的高差，并且測量數(shù)據(jù)要與廠家提供的廠內預裝數(shù)據(jù)相吻合。因為推力瓦的彈性圓盤設計有一定的彈性量，在設備出廠、運輸、安裝等過程中，可能由于彈性圓盤應力的釋放、碰撞、磨損等不確定因素，安裝后會出現(xiàn)與出廠前預裝數(shù)據(jù)存在出入，影響吊裝后的鏡板水平。鏡板水平的變化是導致機組軸線不垂直的直接原因，同時也是造成機組后期運行推力瓦瓦溫偏高甚至燒瓦的主要原因，在確保彈性圓盤滿足載荷彈性量的前提下可通過微調上機架水平來調整鏡板水平度。對于無法滿足彈性圓盤載荷彈性量的情況，應要求生產(chǎn)廠家重新生產(chǎn)裝配。

（4）機組轉動部分的所有重量轉移到推力軸承后，應重新檢查承重機架的水平。承重機架承重后會產(chǎn)生軸向位移，由于承重機架本體、定子機座材料的結構強度、屈服強度、應力變形以及機組轉動部分微量的重量不平衡等，使得承重機架每個受力支腿方向所產(chǎn)生的撓度變形不可能完全相同，會造成承重機架整體水平發(fā)生微量變化導致影響機組軸線垂直度。如承重機架整體水平發(fā)生變化，在確保轉動部分安裝高程（主要指定子、轉子間的機組中心線高度差）滿足要求的前提下應進行相應的調整，目前主要采取對承重機架、定子機座間的調整墊板進行重新配刨或者直接加墊（所加墊片不宜采用紫銅墊而應采用強度較高的鋼墊片）的方式進行調整，確保機架水平滿足要求。

（5）盤車前應認真檢查轉動部件上有無雜物，檢查轉動與固定部分的縫隙處應絕對無異物卡阻及刮碰，應特別注意檢查定子與轉子間隙及轉輪與迷宮環(huán)間隙。同時，在機組軸線法蘭盤處推動主軸應能看到架設的百分表指針擺動，確保機組盤車時主軸處于自由狀態(tài)。因為對于機組轉動部分與固定部分間任何微小的卡阻及刮碰，均會產(chǎn)生除盤車工具以外其的他外力。此種情況，在盤車轉動過程中會導致機組真實軸線產(chǎn)生偏移，各部分測量的擺度圓與實際存在的擺度圓產(chǎn)生偏差，使得盤車數(shù)據(jù)不真實、規(guī)律性不明顯甚至沒有規(guī)律，如在1組盤車數(shù)據(jù)中出現(xiàn)2個最大值的“雙波峰現(xiàn)象”。對于機組第一次轉動盤車及水導處測量擺度值較大時，要隨時對轉輪與止漏環(huán)間隙進行監(jiān)測，決定是否對機組整體中心位置進行重新推動調整。根據(jù)以往經(jīng)驗首次轉動盤車，機組軸線擺度值會相對較大，可能會對止漏環(huán)產(chǎn)生刮碰，不僅影響機組軸線的垂直度及測量數(shù)據(jù)的真實性，也會對止漏環(huán)造成損壞。在盤車過程中，采用高壓減載裝置對轉動部分減載盤車時，每轉動一個盤車點，要注意觀察高壓減載裝置供油高壓管路的油壓，推力瓦和鏡板間的出油量是否出現(xiàn)明顯變化。由于油壓和出油量的變化，會影響推力瓦與鏡板間產(chǎn)生的油膜厚度，同時也應避免盤車時鏡板與推力瓦間出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象。對于靜置時間較長的機組，盤車前最好先將機組空轉幾周。因為盤車過程油膜厚度、均勻度，也是造成機組軸線不垂直的一個重要因素。同時，一次盤車一般轉動2圈且取第二圈數(shù)據(jù)作為計算各部擺度值的基準數(shù)據(jù)，也是出于對油膜厚度、均勻度的考量。

（6）當前對于立軸混流式機組，調整軸線垂直度相對成熟的方式是刮削卡環(huán)。在卡環(huán)刮削過程中應嚴格按劃分的區(qū)域進行，且最終應采用研磨膏或研磨石對刮削區(qū)域進行認真仔細的研磨，認真處理刮削區(qū)殘留的高點、毛刺等，及不同區(qū)域間過度是否平滑。如卡環(huán)有高點殘留、毛刺或過度不平滑，在卡環(huán)回裝后會造成卡環(huán)局部受力，而局部受力點屬于不穩(wěn)定受力點。盤車時會出現(xiàn)機組軸線與鏡板摩擦面相對位置不穩(wěn)定的情況即軸線垂直度不穩(wěn)定，導致相同情況下每次盤車數(shù)據(jù)不一致，無法準確分析機組軸線盤車點位置的擺度大小和方向。

（7）水輪發(fā)電機組最終的軸線處理，在符合各部位擺度值的前提下，應結合各擺度點的擺度值綜合考量轉輪與止漏環(huán)間隙的大小是否滿足要求及間隙是否均勻。因為機組在運行工況下，止漏環(huán)間射流量的大小及不平衡情況也會影響到運行機組的振動、擺度等，從而影響運行機組軸線的垂直度。

通過表3曼維萊水電站軸線調整前盤車數(shù)據(jù)分析可知，鏡板水平超出允許相對偏差，法蘭處和水導處的相對擺度值也均超過允許相對擺度值，且在法蘭處軸線有曲折，即如圖1（b）所示的軸線狀態(tài)。結合盤車數(shù)據(jù)、安裝尺寸校核及上述可能軸線不垂直原因，初步確定該機組可能為主軸本身不垂直或法蘭處加工精度偏差，承重機架或定子機座調整水平偏差導致軸線不垂直。主軸本身不垂直和法蘭處的曲折，由于現(xiàn)場處理起來比較困難且現(xiàn)場施工條件也無法滿足處理要求。最終確定按上述非加工精度造成軸線不垂直原因中（1）、（2）、（3）、（4）、（6） 項所述進行調整處理，且每次調整完成再次盤車確定軸線垂直度的變化情況。通過多次往復調整、盤車，鏡板水平、法蘭和水導處的相對擺度值都達到比較理想的狀態(tài)，詳見表4。

表3 曼維萊水電站軸線調整前某次盤車數(shù)據(jù)

表4 曼維萊水電站軸線調整后驗收盤車數(shù)據(jù)

3 結語

影響水輪發(fā)電機組軸線不垂直原因很多且復雜，現(xiàn)場需要通過具體的盤車數(shù)據(jù)及對可能造成軸線不垂直的原因進行綜合考慮逐一分析，明確機組軸線調整方案。最終，通過改善相應設備或部件的安裝工藝、安裝精度等，使機組軸線達到最佳狀態(tài)。