立式機(jī)組導(dǎo)軸承間隙計(jì)算與調(diào)整

唐 煊

（湖南五凌電力工程有限公司， 湖南 長(zhǎng)沙 410004）

1 概述

1.1 立式機(jī)組的分類(lèi)

立式水輪發(fā)電機(jī)組分類(lèi)方法有許多，根據(jù)水流通過(guò)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(jī)組（推力軸承在轉(zhuǎn)子上方），傘式機(jī)組（推力軸承在轉(zhuǎn)子下方），其中傘式機(jī)組又分為全傘式機(jī)組（無(wú)下導(dǎo)軸承）和半傘式機(jī)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(jī)組和剛性推力軸承機(jī)組；根據(jù)導(dǎo)軸承的數(shù)量不同，可分為三導(dǎo)式機(jī)組和兩導(dǎo)式機(jī)組。

導(dǎo)軸承的作用是用來(lái)承受水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的徑向機(jī)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(dòng)，使機(jī)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(cè)量部位處所測(cè)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(cè)量部位處與限位導(dǎo)軸承處同軸號(hào)的單側(cè)擺度值之差，稱為該點(diǎn)的凈擺度。

相對(duì)擺度：主軸某測(cè)量部位、某軸號(hào)的凈擺度值除以限位導(dǎo)軸承中心至該測(cè)量部位設(shè)表處的軸長(zhǎng)之商，稱為主軸在該測(cè)量部位、該軸號(hào)處的相對(duì)擺度。實(shí)際應(yīng)用中所稱的相對(duì)擺度，是指最大相對(duì)擺度而言。對(duì)于主軸某個(gè)測(cè)量部位而言，其相對(duì)擺度只有一個(gè)。

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(duì)機(jī)組運(yùn)行的影響

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

《水輪發(fā)電機(jī)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(jī)組軸線及推力瓦受力調(diào)整合格，水輪機(jī)止漏環(huán)間隙及發(fā)電機(jī)空氣間隙符合要求的條件下進(jìn)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(cè)點(diǎn)，測(cè)量并記錄有關(guān)數(shù)據(jù)；b)導(dǎo)軸瓦安裝時(shí)，一般應(yīng)根據(jù)主軸中心位置，并考慮盤(pán)車(chē)的擺度方向及大小進(jìn)行間隙調(diào)整，安裝總間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。但對(duì)只有兩部導(dǎo)軸承的機(jī)組，調(diào)整間隙時(shí)，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(guò)±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(jī)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(shí)際回轉(zhuǎn)中心時(shí)，懸式機(jī)組的上導(dǎo)、傘式機(jī)組的下導(dǎo)、以及采用彈性盤(pán)車(chē)時(shí)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(pán)車(chē)擺度方位及大小進(jìn)行間隙調(diào)整；對(duì)只有兩部導(dǎo)軸承的機(jī)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(jī)組擺度的產(chǎn)生，對(duì)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(jì)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(pán)車(chē)檢查機(jī)組軸線合格；3）水輪機(jī)止漏環(huán)和發(fā)電機(jī)空氣間隙合格（即轉(zhuǎn)軸處于實(shí)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(gè)步驟：1）盤(pán)車(chē)測(cè)量大軸各部位擺度值；2）計(jì)算出導(dǎo)軸承處的凈全擺度；3）根據(jù)擺度值計(jì)算軸瓦間隙；4）根據(jù)計(jì)算結(jié)果對(duì)軸瓦間隙進(jìn)行調(diào)整。

2.1 不同類(lèi)型機(jī)組導(dǎo)軸承瓦間隙分配的原則

根據(jù)機(jī)組結(jié)構(gòu)的不同，導(dǎo)軸承瓦間隙分配和盤(pán)車(chē)的要求和方法也不相同。

（1）兩導(dǎo)式機(jī)組

可不考慮機(jī)組擺度，對(duì)導(dǎo)軸承間隙平均分配。但對(duì)于剛性推力軸承的機(jī)組，一般也應(yīng)該考慮機(jī)組擺度，以上導(dǎo)或下導(dǎo)軸承作為限位導(dǎo)軸承進(jìn)行盤(pán)車(chē)，對(duì)水導(dǎo)軸承間隙按照盤(pán)車(chē)擺度值進(jìn)行計(jì)算和分配，對(duì)限位導(dǎo)軸承間隙均勻分配。

（2）三導(dǎo)式機(jī)組

1）剛性支撐推力軸承的機(jī)組

懸吊式：以上導(dǎo)軸承作為限位軸承盤(pán)車(chē)，上導(dǎo)間隙均分，下導(dǎo)和水導(dǎo)根據(jù)擺度計(jì)算；

半傘式：以下導(dǎo)軸承作為限位軸承盤(pán)車(chē)，下導(dǎo)間隙均分，上導(dǎo)和水導(dǎo)根據(jù)擺度計(jì)算。

2）彈性支撐推力軸承的機(jī)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(jì)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(cè)量

擺度測(cè)量，需要應(yīng)用到盤(pán)車(chē)的方法。擺度測(cè)量工作，一般是在需要測(cè)量擺度的部位，+X和+Y方向各裝設(shè)一塊百分表，用機(jī)械力（或電動(dòng)力、人力）使轉(zhuǎn)動(dòng)部分轉(zhuǎn)動(dòng)，每轉(zhuǎn)動(dòng)45°停下來(lái)讀數(shù)，轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，每塊表就有8個(gè)讀數(shù)，然后根據(jù)這8個(gè)讀數(shù)計(jì)算出擺度值，兩塊表的讀數(shù)值可互為驗(yàn)算。這種測(cè)量方法是我國(guó)多年來(lái)一直沿用的方法，一般稱其為“兩表八點(diǎn)法”。

以剛性支撐的半傘式三導(dǎo)軸承機(jī)組為例，下導(dǎo)軸承最靠近推力頭，盤(pán)車(chē)時(shí)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(shí)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(kāi)始將大軸圓周等分為8等分，逆時(shí)針編號(hào)，順時(shí)針盤(pán)車(chē)，測(cè)量上導(dǎo)、下導(dǎo)、法蘭、水導(dǎo)等處的擺度值（如圖3）。可測(cè)量3～5次以驗(yàn)證盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)的一致性。懸吊式機(jī)組因上導(dǎo)距推力頭最近，故盤(pán)車(chē)時(shí)一般以上導(dǎo)作為限位軸承。

圖3 盤(pán)車(chē)編號(hào)圖

2.3 盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)的計(jì)算

以剛性支撐的半傘式機(jī)組為例，有三個(gè)導(dǎo)軸承，以下導(dǎo)軸承作為限位導(dǎo)軸承，其盤(pán)車(chē)進(jìn)行擺度測(cè)量和計(jì)算的結(jié)果如表1：

表1 盤(pán)車(chē)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(duì)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(hào)點(diǎn)和5號(hào)點(diǎn)的凈擺度值。

在對(duì)盤(pán)車(chē)所測(cè)的擺度數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算時(shí)應(yīng)注意下列事項(xiàng)：

1）檢查數(shù)據(jù)應(yīng)基本成正弦趨勢(shì)，否則應(yīng)進(jìn)行核查或重新盤(pán)車(chē)。2）反復(fù)核對(duì)防止看錯(cuò)數(shù)據(jù)位置（行、列）。3）反復(fù)核對(duì)驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正負(fù)和方向。4）某點(diǎn)的全擺度值應(yīng)為本側(cè)減去對(duì)側(cè)，不能弄反。

2.4 導(dǎo)軸承間隙計(jì)算

導(dǎo)軸承間隙計(jì)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(jì)總間隙，其中筒式瓦為實(shí)測(cè)值；φmax-該軸承處的最大凈全擺度；

αi-各瓦抗重螺栓中心或測(cè)點(diǎn)與該處軸最大擺度點(diǎn)的夾角。

最大擺度φmax與擺度所在方向α的計(jì)算

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

10號(hào)瓦的夾角α10=90-θ-360/10

圖4 三角函數(shù)法計(jì)算導(dǎo)軸承間隙

如表1中盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)，水導(dǎo)軸承有10塊瓦，下導(dǎo)軸承有12塊瓦，計(jì)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(jì)值（雙側(cè)）：δ=0.40 mm，

δi=δ/2- φmaxcosαi/2=20-0.19×cos αi/2

計(jì)算結(jié)果如表2。

表2 間隙計(jì)算結(jié)果

（2）圖解法

如表1中盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)，計(jì)算水導(dǎo)軸承的間隙，步驟如下（如圖5）：

圖5 圖解法計(jì)算導(dǎo)軸承間隙

1）以水導(dǎo)的單測(cè)設(shè)計(jì)間隙為半徑（可按比例放大），以下導(dǎo)中心O下為圓心，畫(huà)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(diǎn)O水向相對(duì)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(jì)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(jì)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(jì)算出導(dǎo)軸承各分塊瓦間隙后，在對(duì)分塊瓦間隙進(jìn)行調(diào)整前，還需要檢查確認(rèn)以下事項(xiàng)：

（1）核對(duì)大軸的位置，確認(rèn)軸號(hào)1處于機(jī)組+Y方向；

（2）認(rèn)真核對(duì)軸瓦位置，軸瓦編號(hào)與計(jì)算時(shí)的位置完全一致；

（3）測(cè)量迷宮環(huán)間隙，發(fā)電機(jī)空氣間隙，確認(rèn)轉(zhuǎn)動(dòng)部分處于機(jī)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(jìn)行調(diào)整的對(duì)稱兩塊瓦處打上百分表，監(jiān)測(cè)主軸位移；

3）先將對(duì)稱2塊瓦抱緊，調(diào)整好對(duì)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(jìn)行復(fù)查，無(wú)誤后再緊一遍鎖緊螺母，并折好鎖定片。

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

對(duì)于支撐螺釘結(jié)構(gòu)的導(dǎo)軸承（如下頁(yè)圖7），在抱瓦時(shí)可用兩只小千斤頂或兩個(gè)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(jìn)行下一對(duì)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(yǔ)

立式機(jī)組導(dǎo)軸承間隙的調(diào)整對(duì)機(jī)組運(yùn)行至關(guān)重要。本文介紹的兩種導(dǎo)軸承間隙計(jì)算的方法，適用于所有類(lèi)型立式水輪發(fā)電機(jī)組的分塊瓦導(dǎo)軸承間隙計(jì)算，個(gè)人認(rèn)為其中圖解法更加簡(jiǎn)便實(shí)用。對(duì)于不同結(jié)構(gòu)的機(jī)組，盤(pán)車(chē)和擺度測(cè)量的方法也有很大區(qū)別，有時(shí)還需要我們?cè)趯?shí)踐中進(jìn)行驗(yàn)證和總結(jié)。比如對(duì)于彈性支撐結(jié)構(gòu)的三導(dǎo)式機(jī)組，以哪兩個(gè)導(dǎo)軸承作為限位導(dǎo)軸承進(jìn)行盤(pán)車(chē)，對(duì)于機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)更有利，目前尚沒(méi)有統(tǒng)一的結(jié)論。在三板溪電廠彈性支撐半傘式機(jī)組大修中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，以上導(dǎo)和下導(dǎo)作為限位導(dǎo)軸承進(jìn)行盤(pán)車(chē)較為適宜，對(duì)于其他類(lèi)似機(jī)組是否適用，還有待于進(jìn)一步實(shí)踐驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

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