水輪發(fā)電機(jī)組鏡板水平與軸線擺度同步調(diào)整方法的探討

李偉，張坤祥，趙兵

（四川天全腳基坪水力發(fā)電有限公司，四川雅安625000）

水輪發(fā)電機(jī)組鏡板水平與軸線擺度同步調(diào)整方法的探討

李偉，張坤祥，趙兵

（四川天全腳基坪水力發(fā)電有限公司，四川雅安625000）

主要介紹在中小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組檢修過程中，鏡板水平測量調(diào)整與機(jī)組軸線擺度處理（盤車）同時(shí)進(jìn)行，減少檢修中的工作步驟，同時(shí)更準(zhǔn)確對軸線狀況作出分析的應(yīng)用。

機(jī)組檢修；盤車；鏡板水平；擺度；測量；調(diào)整

4 701 h。樞紐由首部樞紐、引水系統(tǒng)及廠區(qū)樞紐組成。電站于2012年3月首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。該電站水輪機(jī)型號(hào)為HLA384-LJ-190，發(fā)電機(jī)型號(hào)為

SF24-16/4350。

1 鏡板水平與機(jī)組軸承擺度測量（盤車）調(diào)整的步驟

通常情況，鏡板水平度測量一般測量鏡板的背面，水平偏差應(yīng)在0.02 mm/m以內(nèi)。盤車檢查機(jī)組軸線各處的擺度并進(jìn)行處理，應(yīng)滿足GB8564中相關(guān)規(guī)定的要求。調(diào)整步驟見圖1。

以腳基坪電站機(jī)組運(yùn)行工況和檢修為例，進(jìn)入主汛期后，1號(hào)、3號(hào)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)加大，特別是1號(hào)機(jī)組在長時(shí)間運(yùn)行過程中，機(jī)組振動(dòng)加大明顯，嚴(yán)重影響著機(jī)組的安全運(yùn)行。根據(jù)機(jī)組運(yùn)行工況的分析，電站安排在年度檢修中對1號(hào)、3號(hào)發(fā)電機(jī)組軸線進(jìn)行檢測。檢修項(xiàng)目為圖1虛線框中內(nèi)容。

在3號(hào)機(jī)組檢修過程中發(fā)現(xiàn)鏡板各方位水平測值達(dá)到0.20～0.30 mm/m，是合格標(biāo)準(zhǔn)的10倍。經(jīng)過分析判定數(shù)據(jù)誤差大，不能用于后續(xù)處理工作。后采用“鏡板水平旋轉(zhuǎn)測量法”測得鏡板水平偏差為0.045 mm/m，只比合格標(biāo)準(zhǔn)大1倍。

但按照正常鏡板水平調(diào)整步驟與方法進(jìn)行處理，需要轉(zhuǎn)移機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量，步驟多、工作量大、施工面廣、時(shí)間長，同時(shí)還需對機(jī)組軸線進(jìn)行單獨(dú)處理，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原定計(jì)劃。并且水平偏差為0.045mm/m，離合格標(biāo)準(zhǔn)很接近，需要一種能滿足進(jìn)行微量數(shù)據(jù)調(diào)整的方法。

圖1 機(jī)組鏡板水平與擺度調(diào)整步驟

根據(jù)具體情況，現(xiàn)場提出采用鏡板水平與軸線擺度同步測量、同步調(diào)整的方法，在提高檢修質(zhì)量的同時(shí)，還能減少工序步驟，能更準(zhǔn)確的對軸線狀況做出判定,提高檢修的綜合效益。調(diào)整步驟見圖2。

圖2 水平與擺度同時(shí)測量調(diào)整步驟

本文就鏡板水平與軸線擺度同步測量、調(diào)整的方法，和針對腳基坪機(jī)組推力支柱螺栓的結(jié)構(gòu)改進(jìn)鏡板水平調(diào)整技巧，以滿足微量數(shù)據(jù)調(diào)整的要求，做如下探討。

2 水平旋轉(zhuǎn)測量法相比靜態(tài)測量法的優(yōu)點(diǎn)

在《水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承、導(dǎo)軸承安裝調(diào)整工藝導(dǎo)則》SD288—88中，未對旋轉(zhuǎn)測量法和靜態(tài)測量法有具體要求，并且旋轉(zhuǎn)測量法還只屬于補(bǔ)充內(nèi)容，但對腳基坪電站機(jī)組來講，旋轉(zhuǎn)測量法就顯得極為重要。

（1）原因分析

在安裝檢修過程中，靜態(tài)測量雖然對鏡板水平在轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量轉(zhuǎn)移前后作出測量，但其測量部位為鏡板的背面。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量全部轉(zhuǎn)移到推力軸承上后，由于承重機(jī)架的不均勻下沉以及各個(gè)受力部件的受力形變，都會(huì)使得鏡板的水平發(fā)生變化，此時(shí)測量鏡板背面的水平并不能真實(shí)的反應(yīng)出鏡板工作面的水平狀況。

上述情況在腳基坪電站機(jī)組上表現(xiàn)得尤為突出，導(dǎo)致鏡板在承受轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量后無法準(zhǔn)確測量出水平數(shù)據(jù)。因此，采用鏡板水平旋轉(zhuǎn)測量與機(jī)組軸線調(diào)正相結(jié)合的方法在腳基坪電站機(jī)組檢修中就顯得尤為重要。

（2）鏡板水平的旋轉(zhuǎn)測量法

鏡板水平的旋轉(zhuǎn)測量法采用水平儀結(jié)合機(jī)組盤車測量鏡板的工作面（即推力瓦面）的水平，比靜態(tài)測量法測量鏡板背面能更準(zhǔn)確地反映鏡板的運(yùn)行水平狀態(tài)。其方法如下：

①把水平儀沿徑向或切向放置在推力頭或盤車架上＋X方位的地方，用墊塞尺或銅皮將其找平；

②水平儀隨機(jī)組盤車而轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)過45゜，即八等分盤車時(shí)每一停留點(diǎn)，在撤去外力后，與讀取擺度同時(shí)，記取水平儀的讀數(shù)n（格）；

③計(jì)算4個(gè)方向的水平偏差，每個(gè)方向用水平儀處在與該方向平行的兩個(gè)位置（相隔180゜）的讀數(shù)來計(jì)算：

式中：S——某方向的水平偏差，mm/m；

n、n180°——水平儀在某位置和與它相隔180°的位置的讀數(shù)，格；

△——水平儀的精度，mm/m。

以3號(hào)發(fā)電機(jī)組鏡板水平旋轉(zhuǎn)測量數(shù)據(jù)為例進(jìn)行計(jì)算（見圖3）。

圖3 鏡板水平旋轉(zhuǎn)測量數(shù)據(jù)

3 鏡板水平調(diào)整方法的改進(jìn)

通過采用鏡板水平的旋轉(zhuǎn)測量法，較準(zhǔn)確的測量出了鏡板的水平狀態(tài)。通常調(diào)整方法為：根據(jù)水平偏差值等于推力瓦支柱螺栓的升高值，得出支柱螺栓調(diào)整量＝升高值/螺距×360°。這種方法雖然可行，但在現(xiàn)場需要測量支柱螺栓的旋轉(zhuǎn)角度。腳基坪機(jī)組推力支柱螺栓的螺距為4 mm，通過計(jì)算得到每調(diào)整水平0.01 mm/m，螺栓轉(zhuǎn)動(dòng)的角度為1°，在機(jī)組檢修過程中實(shí)際操作相當(dāng)困難，特別是在需要進(jìn)行微量調(diào)整的情況下。

在腳基坪水電站本次檢修過程中，采用監(jiān)測機(jī)組軸線擺度數(shù)值變化調(diào)整鏡板水平的方法，調(diào)整鏡板水平?，F(xiàn)以3號(hào)發(fā)電機(jī)組為例，對此方法的實(shí)施過程與大家進(jìn)行探討。

4 應(yīng)用——數(shù)據(jù)分析處理

（1）盤車相關(guān)數(shù)據(jù)見表1和上頁圖3：

表13 號(hào)機(jī)組軸線盤車數(shù)據(jù)單位：μm

（2）數(shù)據(jù)分析

對盤車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，機(jī)組下導(dǎo)軸承最大擺度點(diǎn)在6點(diǎn)偏5點(diǎn)方位上，水導(dǎo)軸承最大擺度點(diǎn)在5點(diǎn)偏6點(diǎn)位置上。最大擺度值均超過GB8564的規(guī)定，需要進(jìn)行處理。一般情況下，根據(jù)下導(dǎo)與水導(dǎo)最大擺度方位基本一致，即可得出相應(yīng)的處理方法：在5點(diǎn)與6點(diǎn)方位方向，對推力頭與鏡板之間的絕緣墊進(jìn)行刮削處理。但這種對數(shù)據(jù)進(jìn)行單一分析的方法存在一定的弊端。

當(dāng)將機(jī)組的鏡板旋轉(zhuǎn)水平數(shù)據(jù)結(jié)合盤車數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后，可以知道3號(hào)機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)變大是由于機(jī)組軸線擺度與鏡板水平度均不合格引起的，而機(jī)組軸線擺度過大是由鏡板水平度過大引起，與推力頭和鏡板之間的絕緣墊沒有關(guān)系。如果按照通常單一盤車數(shù)據(jù)分析處理的方法與步驟對絕緣墊進(jìn)行刮削處理，雖然可以解決機(jī)組軸線擺度過大的問題，但沒有徹底解決問題所在。

對機(jī)組的鏡板水平進(jìn)行分析，鏡板水平偏差最大方位在6點(diǎn)偏7點(diǎn)方位，比合格標(biāo)準(zhǔn)大1倍以上。綜合上面分析結(jié)果，只需調(diào)整鏡板水平即可將機(jī)組軸線調(diào)整合格，不需要進(jìn)行刮墊。

（3）計(jì)算

絕緣墊刮削量δ與傾斜值j的關(guān)系公式：

式中：δ——絕緣墊或推力頭底面最大刮削量（或加銅皮墊厚度）；

Φ——導(dǎo)軸承處最大凈擺渡，mm；

D——推力頭底面直徑，mm；

L——兩測點(diǎn)的距離，mm。

計(jì)算示意圖見圖4。

圖4 計(jì)算示意圖

腳基坪機(jī)組：

推力頭直徑：D=1 200 mm；

推力頭底面與下導(dǎo)軸承的距離：L下＝3 801 mm；

推力頭底面與水導(dǎo)軸承的距離：L水=6908.5mm；

下導(dǎo)最大凈擺度：0.20mm，最大傾斜值0.10mm；

水導(dǎo)最大凈擺度：0.36mm，最大傾斜值0.18mm；

通常情況下，我們需要根據(jù)上述公式計(jì)算絕緣墊的刮削量，對機(jī)組軸線進(jìn)行處理，根據(jù)公式分別計(jì)算下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承的δ均約為0.03 mm。

但在這里還將反過來計(jì)算每刮削0.01 mm對應(yīng)于機(jī)組傾斜值，計(jì)算得到下導(dǎo)、水導(dǎo)分別約為0.03mm、0.06 mm。同樣，該計(jì)算結(jié)果代表調(diào)整鏡板水平每0.01 mm/m所對應(yīng)的機(jī)組傾斜值。

（4）操作步驟

首先，根據(jù)水導(dǎo)軸承的最大擺度點(diǎn)在5點(diǎn)偏6點(diǎn)方位上，下導(dǎo)軸承的最大擺度點(diǎn)在6點(diǎn)偏5點(diǎn)方位上。分別在水導(dǎo)軸承6點(diǎn)方位與下導(dǎo)軸承6點(diǎn)方位處架設(shè)百分表，派專人監(jiān)視讀數(shù)；

然后，使用捶擊推力瓦支柱螺栓的辦法，捶擊在最大擺度點(diǎn)對側(cè)2點(diǎn)方位相應(yīng)推力瓦的支柱螺栓，使機(jī)組下導(dǎo)與水導(dǎo)處的百分表讀數(shù)發(fā)生變化。在捶擊過程中應(yīng)掌握好單次捶擊的力度，每次水導(dǎo)處百分表讀數(shù)的變化應(yīng)控制在0.005 mm左右?？偟拇窊袅繛榘俜直砜偟淖x數(shù)不超過機(jī)組的最大傾斜值。

捶擊結(jié)束后，按照《水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承、導(dǎo)軸承安裝調(diào)整工藝導(dǎo)則》對推力軸承的受力進(jìn)行整體調(diào)整，調(diào)整結(jié)束后進(jìn)行機(jī)組盤車，同時(shí)測量鏡板的水平偏差。如不合格，再次按照上述計(jì)算與處理步驟進(jìn)行重復(fù)工作，直到滿足工程規(guī)范的要求。

以腳基坪電站3號(hào)機(jī)組處理為例，捶擊結(jié)束后水導(dǎo)處百分表的讀數(shù)為-0.10 mm（因?yàn)槭鞘状问褂迷摲椒ㄕ{(diào)整，沒有一次調(diào)整到最大傾斜值），然后進(jìn)行盤車與水平的測量，得到盤車與水平數(shù)據(jù)（見表2、圖5）。

表2 腳基坪電站3號(hào)機(jī)盤車單位：μm

通過調(diào)整，水導(dǎo)軸承最大凈擺度由0.36 μm下降到0.13 μm，下導(dǎo)軸承由0.20 mm下降到0.08 mm，鏡板水平偏差由0.045 mm/m下降到0.02 mm/m。所有數(shù)據(jù)已經(jīng)滿足GB8564的相關(guān)要求，處理效果較為明顯。

5 結(jié)語

鏡板水平旋轉(zhuǎn)測量結(jié)合機(jī)組軸線調(diào)正的方法在腳基坪電站機(jī)組檢修中得到了很好的應(yīng)用：

（1）對水平數(shù)據(jù)與擺度數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行分析，比只分析盤車數(shù)據(jù)更能準(zhǔn)確的判定機(jī)組的軸線狀況；

圖5 水平測量數(shù)據(jù)

（2）相比測量鏡板背面能更準(zhǔn)確的反映鏡板的運(yùn)行水平狀態(tài)，實(shí)際運(yùn)行工況，提高了機(jī)組的安裝檢修質(zhì)量；

（3）相比傳統(tǒng)水平調(diào)整方法，提高了檢修的綜合效益；

（4）但方法最大的不足之處是，對機(jī)組最大擺度的方向有一定的要求，局限了應(yīng)用范圍。

總結(jié)本次檢修過程，發(fā)電機(jī)組的安裝檢修技術(shù)應(yīng)該根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，在保證機(jī)組的安裝檢修質(zhì)量前提下，合理選用一種或多種方法相結(jié)合進(jìn)行，從而得到更好的效果。

[1]SD288-88水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承、導(dǎo)軸承安裝調(diào)整工藝導(dǎo)則[S].

[2]GB8564-2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].

[3]于蘭階.水輪發(fā)電機(jī)組的安裝與檢修[M].北京：中國水利水電出版社.

TM312

B

1672-5387（2017）02-0015-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.02.005腳基坪水電站位于雅安市天全河干流，電站采用低閘引水式開發(fā)，工程開發(fā)任務(wù)主要為發(fā)電，兼顧下游生態(tài)環(huán)境用水要求，裝機(jī)容量72 MW，多年平均年發(fā)電量3.384億kW·h，年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)

2015-07-24

李偉（1979-）男，工程師，長期從事水電站建設(shè)管理和技術(shù)工作。