調整轉子偏心值優(yōu)化水輪發(fā)電機組運行工況檢修

張衛(wèi)勝，熊 偉

(湖南聯(lián)誠能源發(fā)展有限公司，湖南 長沙 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)，湘水一級支流耒水上游，距離大東江水電站9 km，是大東江電站反調節(jié)電站。電站為河床式開發(fā)，廠房位于河床右岸，主廠房長100 m，寬21.6 m。電站裝機容量5.5萬kW，其中單機容量2.05萬kW和0.7萬kW水輪發(fā)電機組各2臺。單機最大發(fā)電流量分別為170 m3/s和58.2 m3/s，水輪機型式為軸流轉槳式。

2 問題的提出與理論分析

2016年3月，小東江1號機組(SF7.0—32/4650)進行B級檢修，重點解決下導軸承擺度偏大的問題。4月16日大東江4號機(SF140—36/8900)進行A級檢修，重點工作包括底環(huán)開泄壓孔、推力瓦更換及下導軸承擺度偏大處理工作。在兩次檢修過程中，通過研究分析擺度產生的原因和要素，采用有效地手段試驗判斷引起擺度偏大的直接根源，并通過調整轉子偏心值加以改進，達到了改善機組運行條件的目的。

擺度產生的根源通常是由于“不垂直”和“不同心”造成。這里的“不垂直”指的是機組軸線對鏡板工作面的不垂直，在檢修中一般情況下都作為重點解決軸線擺度過大的手段。傳統(tǒng)上對于“不同心”的理解更趨向于考慮軸線的曲折情況，特別是對于分段主軸結構，法蘭聯(lián)接位置由于運行年限長，分解檢修次數(shù)較多以及加工精度等原因，難免產生折點。對于法蘭的折點導致各段軸不同心的問題，在機組檢修中可以通過對法蘭面刮削、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組運行過程中轉子重心擺度圓與機組旋轉中心線的同軸度關系，也就是轉子偏心值影響。

轉子存在偏心值的直接影響是產生機組運行時的離心力和不平衡磁拉力。在對機組振動、擺度等影響分析后可以得出結論，離心力與機組轉速有直接關系；而偏心值可以引起離心力和磁拉力兩個值的同時變化，而且為同方向的變化。當機組轉速低時，離心力影響小，主要考慮磁拉力；當機組轉速高時，主要考慮離心力。因此得出了雙重約束的控制。轉速的范圍區(qū)間和設計空氣間隙范圍區(qū)間兩個約束同時滿足，才被認為是合格范圍內的偏心值。國標《水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范》(GB/T 8564—2003)第9.4.13對轉子圓度及偏心值要求：磁極掛裝后檢查轉子圓度，各半徑與設計半徑之差不應大于設計空氣間隙值的±4%。轉子的整體偏心值應滿足表1的要求(見表1)，但最大不應大于設計空氣間隙的1.5%。

表1 轉子整體偏心的允許值

轉子產生偏心值的原因主要有以下幾個方面：轉子疊片及磁極安裝工藝精度、轉子與主軸法蘭聯(lián)接部位折點及機組水平調整精度等。檢修實施中，依據(jù)盤車結果可分別對法蘭折點和機組水平進行精確調整，排除外部因素對轉子偏心值的影響，以調整、改善轉子本體重心位置作為工作重點。

判斷轉子偏心值以通過對轉子測圓實現(xiàn)，但在本質上又與轉子圓度調整有所區(qū)別，具體表現(xiàn)為：轉子圓度調整以測量、調整各磁極位置轉子半徑大小為手段，保證發(fā)電機空氣間隙在設計范圍內，是對轉子磁極圓度的外部“形狀”調整。而偏心值計算則是依據(jù)測圓結果，判斷轉子的實際重心位置與機組旋轉中心線之間的偏差，進而對其進行調整，以改善轉子因偏心而導致的運行中產生的離心力和不平衡磁拉力。

3 轉子偏心值計算的實際應用

兩次機組檢修過程中，對偏心值計算調整的實際應用情況進行如下詳細介紹：

小東江1號機組轉子吊出后，進行測圓工作(見表2)。

通過轉子圓度測量結果可以看出，3、4號磁極位置半徑偏小，13、14、15號磁極位置半徑偏大。進一步計算轉子偏心值，依據(jù)公式：

式中，e為轉子偏心值(mm)；n為轉子半徑的測點數(shù)；Ri為各測點的半徑測量值(mm)；αi為各測點與X軸的夾角(°)；ΣRisinαi為各測點的半徑測量值與測點所在位置與X軸夾角正弦值的乘積之和；ΣRicosαi為各測點的半徑測量值與測點所在位置與X軸夾角余弦值的乘積之和。

計算轉子偏心值為0.23 mm，方位在17號磁極，考慮偏心值計算結果與測圓結果偏差位置基本吻合，可以通過調整圓度達到調整偏心值的效果。因此在3、4號磁極位置加0.50 mm鍍鋅鐵皮，并對14、15號磁極位置磁軛進行打磨；在相鄰磁極指定位置布置測量基準點，重復測量磁軛打磨情況，直至數(shù)據(jù)合格。機組在開機后進行動平衡試驗，通過對轉子支臂施加配重進一步精確調整，最終將小東江1號機下導擺度由檢修前的0.50 mm降到0.20 mm，滿足國標要求，成功達到檢修目的。

表2 小東江1號機轉子檢修前測圓記錄 (設計空氣間隙值：10 mm，單位：0.01 mm)

在接下來進行的大東江4號機組檢修中，檢修人員成功借鑒小東江1號機的檢修經驗，在轉子圓度及偏心值都符合標準要求的前提下，依據(jù)偏心值計算結果進一步進行精確調整，取得了滿意的效果(見表3)。

表3 大東江4號機轉子檢修前測圓記錄 (設計空氣間隙值：24 mm，單位：0.01 mm)

續(xù)表3 大東江4號機轉子檢修前測圓記錄 (設計空氣間隙值：24 mm，單位：0.01 mm)

分析轉子測圓結果可以發(fā)現(xiàn)，轉子圓度情況良好。進一步計算轉子偏心值情況，轉子偏心值計算結果顯示轉子最大偏心值0.06 mm，方位位于25號磁極。因此，選擇對7號磁極(25號磁極對面)進行加墊調整；加墊量為0.50 mm，材料選用0.50 mm厚度的鍍鋅鐵皮。機組開機后運行情況良好，在未進行動平衡試驗配重的情況下，將下導軸承擺度成功由最大0.38 mm降至最大0.18 mm，使機組運行穩(wěn)定性指標得到大幅度提升。

4 結 語

轉子偏心值的計算調整是在機組檢修過程中進行，在標準化檢修策劃階段可以提前進行安排布置。改變了傳統(tǒng)的轉子動平衡情況檢查，需要在機

組檢修后進行動平衡試驗，并依據(jù)試驗結果施加配重調整，不利于檢修工期的控制；而且施加配重的質量選擇也需要重復試驗才能最終確定。同時，在風洞內轉子支臂位置固定配重塊時需要進行動火作業(yè)，直接增加了火災風險。

在此次進行的小東江1號機組和大東江4號機組兩次檢修中，成功將偏心值的理論計算應用于實際工作中，主要通過對轉子偏心值的調整并輔以動平衡試驗檢驗的手段，解決了機組運行工況下導軸承擺度超標的問題，為今后解決同類問題開創(chuàng)了新的思路。