亭子口水利樞紐電站機組軸線的安裝與調整

(嘉陵江亭子口水利水電開發(fā)有限公司，四川 蒼溪，628400)

亭子口水利樞紐電站廠房內裝設4臺單機容量為275MW的水輪發(fā)電機組，水輪機為上海福伊特西門子水電設備有限公司提供，發(fā)電機由東芝水電設備(杭州)有限公司提供，型號為SF275-60/14700全空冷立軸半傘式水輪發(fā)電機。亭子口水利樞紐電站投產后，是四川電網(wǎng)理想的調峰電源之一，它將改善四川電網(wǎng)水電站的調節(jié)性能?，F(xiàn)將該電站機組軸線的安裝與調整介紹如下。

1 機組軸線的基本參數(shù)及結構特征

機組的額定轉速：100rpm

發(fā)電機轉子直徑：13745mm

轉子空氣間隙：26mm

發(fā)電機軸長度：5350mm

水輪機軸長度：5410mm

上導瓦單側間隙：0.15mm

下導瓦單側間隙：0.35mm

水導瓦單側間隙：0.30mm

鏡板外徑：φ3405mm

軸系總長：20170mm

機組的軸線是軸系的中心線，貫穿于補氣閥、集電環(huán)、發(fā)電機上端軸、轉子本體、推力頭與鏡板、發(fā)電機大軸、水輪機主軸、轉輪等，整個轉動部分的重量通過推力軸承傳遞到混凝土基礎上，機組的軸線在徑向方向由三部軸承約束。

發(fā)電機的推力軸承為小彈簧簇多點支撐結構，14塊扇形推力瓦的每塊下面布置有50個共計700個小彈簧來支撐，安裝時無需進行受力調整，只需水平調整合格即可。推力軸承設置有高壓油頂起裝置，機組盤車時啟動高壓頂起油裝置進行人工盤車；推力軸承與下導軸承共用一個位于下機架的油槽。

轉輪的焊接加工、靜平衡試驗都在工廠完成，整體到貨，工地現(xiàn)場與水輪機大軸聯(lián)接為法蘭止口、銷套加聯(lián)接螺栓，確保了轉輪與水輪機大軸的同心度。水輪機大軸與發(fā)動機大軸的聯(lián)接為法蘭止口加銷釘螺栓聯(lián)接，轉子中心體與上端軸的聯(lián)接為法蘭止口聯(lián)接，保證了發(fā)電機軸與水輪機軸、發(fā)電機上端軸的同心度和垂直度。

轉子中心體與發(fā)電機大軸的聯(lián)接為無止口平面型法蘭聯(lián)接，鏡板與推力頭的聯(lián)接、推力頭與轉子中心體的聯(lián)接都在工廠內進行，預裝完畢才分開運送到工地，保證了各部件的同心度，各組合面合縫間隙確保0.02mm的塞尺不能通過。機組軸線的曲折則通過平移主軸和推力頭的調整來實現(xiàn)。

2 機組軸線的處理

2.1 機組中心的確定

如果水輪機和發(fā)電機中心不對正，就會引起軸系擺度、振動偏大，軸瓦溫升異常等現(xiàn)象。因此，在機組安裝過程中，必須進行機組定中心工作，保證定子和轉子及水輪機中心與發(fā)電機中心同心。亭子口機組中心以水輪機中心為基準定中心，調整轉輪在止漏環(huán)的間隙小于設計間隙的±10%，即水輪機大軸中心的找正，也就是在對稱位置上測量的軸的半徑只差0.02mm，水輪機軸與發(fā)電機軸聯(lián)接的法蘭面的水平度及垂直度0.02mm/m。

采用掛鋼琴線定機組中心的方法，從上機上方架懸掛一根帶重錘的鋼琴線到水輪機軸的法蘭面，通過調整鋼琴線至水輪機軸的中心(偏差控制在0.03mm的范圍內)；以此鋼琴線為機組中心線，通過移動千斤頂來調整上機架、定子、下機架的中心；然后把各部的基礎螺栓、聯(lián)接螺栓按規(guī)定力矩把緊，復測數(shù)據(jù)無誤后，進行定子、下機架基礎二期混凝土澆筑和定位銷空的配鉸。

2.2 機組軸系對中心

為檢查機組軸系的垂直度，在水輪機軸和發(fā)電機軸聯(lián)接后，分別在轉子吊入安裝的前后，在水輪機軸保持自由狀態(tài)時進行軸系的對中心工作。具體步驟如下：

2.2.1 在下機架下表面適當位置每隔90°安裝好4根鋼琴線，調整4根鋼琴線與法蘭合縫面的距離一致。注意鋼琴線的位置不能移動，直到完成轉子吊入安裝的對中心工作后才能拆除。

2.2.2 在大軸合縫面的兩側，分別設置兩處測點，測點的距離在可能的情況下盡量大，并盡量取相同距離，一共取16個測點(如圖1所示)。

圖1 軸系對中心示意

2.2.3 在同一個點5min內測量3～4次(全部測量記錄要保留)，當測量值的偏差在±0.01mm以內時，以它們的平均值或中間值作為該點值。如果測量值的偏差過大，則需要對工具、測量部位、測量方法等檢查調整，然后再重新測量。

2.2.4 一次測量完成后，大軸轉過180°，按上述方法測量一次，大軸的“0°”也要記錄。記錄表格如表1所示。

表1 軸系中心記錄表格

0°180°12341234AA1A2A3A4a1a2a3a4BB1B2B3B4b1b2b3b4CC1C2C3C4c1c2c3c4DD1D2D3D4d1d2d3d4

2.2.5 根據(jù)測量結果，以大軸合縫法蘭面到推力鏡板滑動面及水輪機導軸承中心的長度，計算軸系的垂直度和折彎量，即軸系的垂直度以0°和180°位置測量結果的換算平均值來判斷。計算公式如下：

2.2.5.1 發(fā)電機軸的垂直度

(1)1-3方向：[X]1-3=

(2)2-4方向：[X]2-4=

2.2.5.2 發(fā)電機軸總垂直度

[X]= ([X]<0.0208mm/m)

2.2.5.3 水輪機軸的垂直度

(1)1-3方向：[Y]1-3=

(2)2-4方向：[Y]2-4=

2.2.5.4 水輪機軸總垂直度

[Y]= ([Y]<0.0208mm/m)

2.2.5.5 機組軸系的垂直度

(1)1-3方向：[Z]1-3=

(2)2-4方向：[Z]2-4=

2.2.5.6 軸系的總垂直度

[Z]= ([Z]<0.0208mm/m)

2.2.5.7 以推力鏡板滑動面中心與水輪機導軸承中心的連線作為軸中心線(假想線)，水輪機軸與發(fā)電機軸相對這根中心線在合縫法蘭處的偏心量，即為該軸系的折彎量σ。計算公式如下：

(1)1-3方向：[σ]1-3=[X]1-3×Lc

(2)2-4方向：[σ]2-4=[X]2-4×Lc

軸系的總折彎量

[σ]= ([σ]<0.08mm，Lc：推力鏡板滑動面到合縫法蘭間的距離，水輪機導軸承中心到合縫面法蘭間的距離)

2.3 軸線擺度的測定與調整

亭子口水利樞紐電站發(fā)電機組安裝有推力軸承高壓油頂起裝置，可以采用手動盤車的方法；首先對發(fā)電機大軸、水輪機大軸和轉輪聯(lián)接部分和鏡板、推力頭、轉子部分進行盤車，通過平移發(fā)電機大軸和推力頭來調整機組軸線擺度至合格標準；現(xiàn)場進行發(fā)電機大軸與轉子聯(lián)接銷套的鏜孔，以消除現(xiàn)場焊接轉子機架時轉子下法蘭的變形量；然后用液壓拉伸器按規(guī)定的伸長值緊固聯(lián)接螺栓，復測發(fā)電機大軸與轉子聯(lián)接后的擺度符合標準；最后聯(lián)接發(fā)電機上端軸，一起進行整體盤車。具體步驟如下：

2.3.1 用內徑千分尺測量下導軸領至軸承座的距離，確保大軸處于軸承支撐中心上，對稱位置測量值偏差要求小于0.05mm；調整下導瓦間隙值為0.01mm～0.02mm。

2.3.2 以安裝基準位置(0記號)為基準，逆時針8等分進行編號來確定測量軸線的位置；在各測量處的+Y(A～F點，見圖2)位置上向心水平位置裝設百分表，同時在發(fā)電機主軸的上端面裝設一塊百分表。

圖2 軸線擺度測量示意

2.3.3 啟動高壓油頂起裝置，通過人力進行機組盤車，確認轉子特別是起動時沒有大的擺度產生。

2.3.4 經過2～3圈的空轉，在轉子穩(wěn)定的狀態(tài)下，每圈轉動為25s～30s并以哨聲為準，同時各個測點在前面周向8處讀取并記錄百分表讀數(shù)。測定要在三次以上，從中選擇一次同時測定的值作為測定結果。

2.3.5 機組軸系擺度的允許值按如下公式計算：擺度允許值=0.05×L/D〔其中，L為測點到推力鏡板面的距離(mm)，D為推力鏡板外徑(mm)〕。如果多次測量的結果均不一致時，檢查對稱點的數(shù)據(jù)，確認主軸的中心是否移動；軸系擺度的結果不能滿足要求時，通過平移上端軸進行調整，直至合格。

3 結論

精確的加工工藝，有效的作業(yè)方法和施工控制標準，使亭子口水利樞紐電站機組的軸線質量標準近乎完美。目前亭子口水利樞紐電站4臺機組已經全部投產，在穩(wěn)定的工況下運行，推力瓦受力均勻，最高瓦溫與最低瓦溫相差在1℃～2℃內，上導擺度在0.10mm以內，下導擺度在0.15mm以內，水導擺度在0.10mm以內，機組運行穩(wěn)定、安全、可靠。這種在機坑內以水輪機大軸確定機組中心、機組軸線的垂直度和軸線的盤車計算方法，對同行業(yè)具有一種新的參考借鑒意義。

〔1〕劉萬均.二灘水電站機組軸線的調整〔J〕.四川水力發(fā)電，2000，(06).