立軸半傘式水輪發(fā)電機(jī)組彈性油箱水平及受力調(diào)整工藝

孫 健 波

(華電四川寶珠寺水力發(fā)電廠(chǎng)，四川 廣元 628003)

1 概 述

寶珠寺水電站位于四川省廣元市境內(nèi)，是嘉陵江水系白龍江干流上第二座水電站，安裝4臺(tái)單機(jī)容量為175 MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量700 MW，1996年12月首臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，電站具有不完全年調(diào)節(jié)能力，擔(dān)負(fù)著四川電網(wǎng)調(diào)峰調(diào)頻和事故備用的任務(wù)。

寶珠寺電站水輪發(fā)電機(jī)組由東方電機(jī)股份有限公司設(shè)計(jì)并制造：發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF175-44/10350，水輪機(jī)型號(hào)為HLD89-LJ-500。水輪發(fā)電機(jī)組為立軸半傘式四段軸結(jié)構(gòu)，即上端軸、轉(zhuǎn)子中心體、下端軸、水輪機(jī)軸。機(jī)組共設(shè)3部軸承，分別為上導(dǎo)軸承、推力軸承和水導(dǎo)軸承。機(jī)組上導(dǎo)軸承為12塊巴氏合金分塊瓦，水導(dǎo)軸承為10塊巴氏合金偏心瓦；推力軸承為彈性油箱液壓支柱式結(jié)構(gòu)，推力瓦為14塊彈性金屬塑料薄瓦和托瓦組成。其難點(diǎn)在于檢修中對(duì)水平與受力調(diào)整工作較復(fù)雜和煩瑣；在遵循傳統(tǒng)推力軸承水平和受力調(diào)整客觀規(guī)律，改進(jìn)其調(diào)整工藝及方案值得學(xué)習(xí)借鑒。

2 推力軸承調(diào)整傳統(tǒng)工藝流程

寶珠寺電站12F機(jī)組大修，機(jī)組主要部件回裝完成后，需要對(duì)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件軸線(xiàn)和推力軸承水平、受力進(jìn)行重新調(diào)整和校核。傳統(tǒng)工藝流程是先調(diào)整機(jī)組水平后進(jìn)行推力軸承的受力調(diào)整，分步分階段進(jìn)行。

2.1 推力軸承水平調(diào)整

2.1.1 推力軸承靜態(tài)水平調(diào)整

推力軸承回裝到位后，用框式水平儀測(cè)量鏡板上部四個(gè)正方向(+X、+Y)點(diǎn)位靜態(tài)水平A(為校核正方向水平準(zhǔn)確性，可以測(cè)量斜交方向四個(gè)地方)。

通過(guò)框式水平儀測(cè)量鏡板水平，通過(guò)計(jì)算得出最高點(diǎn)水平數(shù)據(jù)A方向；已知鏡板直徑3 340 mm,計(jì)算出最低點(diǎn)上升量A×3340(或最高點(diǎn)降低量A/3340),采用相似三角形，計(jì)算出每塊推力瓦抗重螺栓相應(yīng)上升量或下降量h(推力瓦支柱螺栓上升或下降方向取決于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件高程)。

圖1 彈性油箱結(jié)構(gòu)分布圖

圖2 推力瓦實(shí)際分布調(diào)整量計(jì)算圖

通過(guò)計(jì)算，得出每塊推力瓦支柱螺栓調(diào)整量，再利用專(zhuān)用鉤頭扳手對(duì)其進(jìn)行調(diào)整；

2.1.2 推力軸承動(dòng)態(tài)水平調(diào)整

推力軸承動(dòng)態(tài)水平，即機(jī)組動(dòng)態(tài)盤(pán)車(chē)模擬機(jī)組正常運(yùn)行狀況，測(cè)量推力軸承實(shí)時(shí)水平變化情況，通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)和盤(pán)車(chē)情況分析，對(duì)推力軸承水平進(jìn)行校核和調(diào)整，已達(dá)到機(jī)組正常運(yùn)行推力軸承最佳狀態(tài)。

推力軸承動(dòng)態(tài)水平調(diào)整過(guò)程與靜態(tài)水平類(lèi)似；同樣用框式水平儀測(cè)量推力軸承鏡板面水平；不同在于采用單一變量原則(即將框式水平儀指定放置在某一點(diǎn)不動(dòng)，同時(shí)認(rèn)定該點(diǎn)出水平為“0”)測(cè)量；然后隨機(jī)組盤(pán)車(chē)轉(zhuǎn)動(dòng)，測(cè)量各盤(pán)車(chē)點(diǎn)位推力軸承水平數(shù)值；通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)分析，再根據(jù)相似三角形，計(jì)算每塊推力瓦的調(diào)整量。

2.2 推力軸承受力調(diào)整

2.2.1 推力軸承受力調(diào)整原則

調(diào)整時(shí)應(yīng)兼顧鏡板水平。

2.2.2 調(diào)整前應(yīng)滿(mǎn)足要求

(1)將主軸推至機(jī)組中心位置，檢查轉(zhuǎn)輪上、下止漏環(huán)間隙合格；

(2)主軸處于自由狀態(tài)，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量落在推力軸承上；

(3)上導(dǎo)、水導(dǎo)軸瓦抱軸，單側(cè)間隙留0.03～0.05 mm；每個(gè)油箱上裝測(cè)桿(擰在保護(hù)罩上的鎖定螺孔內(nèi))，測(cè)桿前后架兩支百分表，百分表在轉(zhuǎn)子頂起后(鏡板脫離推力瓦)對(duì)＂零＂；落下轉(zhuǎn)子，松開(kāi)上導(dǎo)、水導(dǎo)瓦，使大軸處于自由狀態(tài)，記錄各油箱千分表讀數(shù)并求出每個(gè)油箱中心的安裝實(shí)際變形及各油箱平均變形量(圖3)。

2.2.3 調(diào)整量的計(jì)算

(1)兩表讀數(shù)為δc>δb或δc<δb時(shí),通過(guò)相似三角形可分別導(dǎo)出Δδi的值，即：

表1 寶珠寺電站12F機(jī)組A修鏡板水平調(diào)整表

圖3 彈性油箱壓縮值測(cè)量圖

aa k Δδi為各油箱中心計(jì)算變形量，i=1,2,…n；δc為各油箱外側(cè)百分表讀數(shù)；δb為各油箱里側(cè)百分表讀數(shù)。

(2)計(jì)算平均變形量。

計(jì)算抗重螺栓應(yīng)調(diào)升或降角度±Li

式中Li為應(yīng)調(diào)角度；S為支柱螺栓螺距。

按計(jì)算角度進(jìn)行微量調(diào)整。值得注意的是，由于各油箱壓相連通，調(diào)整過(guò)程中，應(yīng)整體兼顧。因此，可憑經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)一選擇0.6的折算系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。重復(fù)測(cè)量、調(diào)整，直到所有油箱變形量與平均變形量的最大差值小于0.15 mm，鏡板水平在0.02 mm/m內(nèi)。

3 推力軸承調(diào)整工藝優(yōu)化

推力軸承傳統(tǒng)調(diào)整工藝主要分為推力軸承水平和受力分步、分階段進(jìn)行；其耗費(fèi)的檢修時(shí)間和人員會(huì)比較多，同時(shí)，需要注意的細(xì)節(jié)因素也很多，稍微有哪一點(diǎn)未控制到位，就需要重新推倒重來(lái)；時(shí)常會(huì)出現(xiàn)鏡板水平調(diào)整合格后，而各彈性油箱受力值卻相差較大，無(wú)法做到水平與受力相兼顧；導(dǎo)致其水平與受力調(diào)整工作必須重頭再來(lái)；但現(xiàn)實(shí)檢修中對(duì)工期和檢修質(zhì)量要求逐步提升，因此必須對(duì)推力軸承水平和受力調(diào)整上提出更高的要求和挑戰(zhàn)。

在寶珠寺電站2018年12F機(jī)組A修中，參照水電六局在太平灣水電站《液壓支柱式推力軸承受力調(diào)整的嘗試》一文中，將推力軸承水平與受力同時(shí)進(jìn)行分析處理。

3.1 準(zhǔn)備階段

(1)將機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件推至機(jī)組中心位置，檢查轉(zhuǎn)輪上部固定止漏環(huán)間隙合格，保證在機(jī)組頂轉(zhuǎn)子過(guò)程中無(wú)擦掛和磕碰；

(2)主軸處于自由狀態(tài)，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量落在推力軸承上；

(3)用上導(dǎo)4塊軸瓦，水導(dǎo)6塊軸瓦抱緊大軸，軸瓦單側(cè)間隙留0.03～0.05 mm，保證軸瓦抱軸緊度適當(dāng)；在每塊推力瓦油箱上裝測(cè)桿(擰在保護(hù)罩上的鎖定螺孔內(nèi))，測(cè)桿前后架兩支百分表，百分表在轉(zhuǎn)子頂起后對(duì)“零”，計(jì)算每塊百分表小針讀數(shù)，避免由于小針讀數(shù)錯(cuò)誤造成后續(xù)調(diào)整量的錯(cuò)誤。

3.2 調(diào)整過(guò)程

(1)用框式水平儀測(cè)量推力頭上部四個(gè)正方向點(diǎn)位靜態(tài)水平B(為校核正方向水平準(zhǔn)確性，可以測(cè)量斜交方向四個(gè)地方)；

(2)用頂轉(zhuǎn)子專(zhuān)業(yè)油泵將轉(zhuǎn)子頂起6-8 mm，為防止轉(zhuǎn)子落下，將制動(dòng)器鎖定螺母旋緊；根據(jù)測(cè)量鏡板水平B通過(guò)相似三角形，計(jì)算每塊推力瓦應(yīng)調(diào)量，用專(zhuān)用扳手對(duì)其進(jìn)行調(diào)整(鏡板水平計(jì)算過(guò)程和數(shù)據(jù)處理，以及推力瓦支柱螺栓調(diào)整與上述推力瓦靜態(tài)水平調(diào)整工作相同)；

圖4 鏡板水平測(cè)量圖

表2 寶珠寺電站12F機(jī)組A修鏡板水平調(diào)整表(第一次)

(3)當(dāng)鏡板水平調(diào)整完成后，鎖緊每塊推力瓦擋塊螺栓和鎖片；然后松開(kāi)制動(dòng)器鎖緊螺母，將轉(zhuǎn)子緩慢落下來(lái)；記錄每塊推力瓦油箱壓縮值Δh。

表3 第一次彈性油箱壓縮值調(diào)整記錄表(Δh)

觀察表3可知，各彈性油箱最大壓縮值與最小壓縮值之差遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于檢修技術(shù)要求0.15 mm，此時(shí)測(cè)量鏡板水平為0.026 mm/m，應(yīng)該在技術(shù)要求合格邊緣；按照傳統(tǒng)工藝要求，此時(shí)需要精調(diào)鏡板水平，并同時(shí)兼顧調(diào)整各彈性油箱受力；但根據(jù)之前的檢修經(jīng)驗(yàn)，這時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)其水平調(diào)整和受力無(wú)法兼顧。通過(guò)對(duì)此類(lèi)檢修工藝流程分析，發(fā)現(xiàn)其水平和受力調(diào)整結(jié)果與轉(zhuǎn)子起落后所處位置，導(dǎo)軸承瓦抱緊大軸緊度以及導(dǎo)軸瓦松開(kāi)后機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件自由度等存在較大關(guān)系；從而導(dǎo)致彈性油箱水平、受力變化無(wú)規(guī)律可循。

參照類(lèi)似電站彈性油箱受力調(diào)整工藝；為減少上述多重因素影響以保證大軸垂直，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分大致處于中心位置，上導(dǎo)、水導(dǎo)在抱緊大軸情況下，采取起、落轉(zhuǎn)子，同時(shí)推力軸承水平與受力測(cè)量和調(diào)整時(shí)也不用松開(kāi)導(dǎo)軸瓦；保證其調(diào)整前后大軸所處狀態(tài)相同；通過(guò)此類(lèi)方法可以將存在多重變量因素加以控制；從而消除由于機(jī)組所處位置和導(dǎo)軸瓦松緊程度不一造成各彈性油箱的偏壓所產(chǎn)生的壓縮量與大軸垂直條件下壓縮變化值不一致情況。

采用上述方法實(shí)施，在轉(zhuǎn)子頂起狀態(tài)下，調(diào)整鏡板水平和各彈性油箱受力；轉(zhuǎn)子落下?tīng)顟B(tài)，測(cè)量各彈性油箱受力和鏡板水平。

表4 寶珠寺電站12F機(jī)組A修鏡板水平調(diào)整表(第二次)

轉(zhuǎn)子落下彈性油箱受力情況見(jiàn)表5

表5 第二次彈性油箱壓縮值調(diào)整記錄(Δh)

采用相似三角形對(duì)鏡板水平數(shù)據(jù)進(jìn)行精調(diào)計(jì)算處理，調(diào)整完成后測(cè)量鏡板水平0.014 mm/m，已達(dá)到檢修技術(shù)要求(<0.02 mm/m)；此時(shí)根據(jù)第二次彈性油箱壓縮值調(diào)整記錄，發(fā)現(xiàn)彈性油箱最大壓縮值與最小值壓縮值差值相比較第一次調(diào)整記錄差值明顯減小，但距離檢修技術(shù)要求還存在差距；此時(shí)還需要進(jìn)一步對(duì)彈性油箱受力進(jìn)行調(diào)整。

彈性油箱受力測(cè)量，采用兩塊百分表進(jìn)行測(cè)量，主要是為了獲取更多組數(shù)據(jù)，將其受力更加精確和量化；但調(diào)整彈性油箱受力往往會(huì)出現(xiàn)(圖5)兩種情況；計(jì)算時(shí)需要將里側(cè)百分表和外側(cè)百分表的形變量折算到彈性油箱本體中心變形量；同時(shí)考慮彈性油箱的特點(diǎn)，需要將其調(diào)整量乘上經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，精確得出每個(gè)彈性油箱的調(diào)整情況，見(jiàn)表6。

圖5 彈性油箱壓縮值實(shí)際形態(tài)圖

表6 寶珠寺電站12F機(jī)組推力瓦受力調(diào)整表

按照上述數(shù)據(jù)調(diào)整完成后，并保持原有狀態(tài)(大軸垂直，轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)輪在中心位置，上導(dǎo)、水導(dǎo)在抱緊大軸)；轉(zhuǎn)子落下彈性油箱受力情況見(jiàn)表7：

表7 第三次彈性油箱壓縮值調(diào)整記錄表(Δh)

通過(guò)對(duì)各彈性油箱進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，測(cè)得外側(cè)百分表彈性油箱最大壓縮值與最小壓縮值之差為0.09 mm,里側(cè)百分表彈性油箱最大壓縮值與最小壓縮值之差為為0.18；但將里側(cè)和外側(cè)百分表數(shù)據(jù)折算到彈性油箱中心處其壓縮值之差小于0.15 mm；此時(shí)需復(fù)測(cè)鏡板水平是否符合檢修技術(shù)要求(B<0.02 mm/m)。

為了更直觀的判斷該方法的準(zhǔn)確性和可行性；此時(shí)松開(kāi)上導(dǎo)、水導(dǎo)處軸承瓦，確認(rèn)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件自由度良好情況下，再次測(cè)量鏡板水平和各彈性油箱壓縮值見(jiàn)表8。

表8 第四次彈性油箱壓縮值調(diào)整記錄表(Δh)

記錄測(cè)得鏡板水平0.15 mm/m；符合檢修技術(shù)要求(B<0.02 mm/m)。觀察第四次彈性油箱壓縮值記錄表可知；該狀態(tài)下各彈性油箱壓縮值與第三次記錄數(shù)據(jù)相近，其偏差在0.01～0.02 mm；此時(shí)水平也與之前狀態(tài)水平相近，其偏差只有0.01 mm/m；說(shuō)明上述新型工藝測(cè)量數(shù)據(jù)真實(shí)性和可信性很高。

在機(jī)組開(kāi)機(jī)過(guò)程后，分別觀察機(jī)組在空轉(zhuǎn)、空載和帶滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)推力軸承瓦溫變化清風(fēng)，發(fā)現(xiàn)推力軸承瓦軸在兩個(gè)小時(shí)左右基本達(dá)到穩(wěn)定，且瓦溫最高與最低相差2～3 mm，機(jī)組各項(xiàng)指標(biāo)運(yùn)行情況良好。

表9 寶珠寺電站12F機(jī)組修后正常運(yùn)行不同工況下推力瓦溫記錄表 /℃

4 結(jié) 語(yǔ)

寶珠寺12F機(jī)組A修彈性油箱推力軸承水平和受力調(diào)整新工藝，是在先前工作工藝流程基礎(chǔ)上加以改進(jìn)的，也是近20多次系統(tǒng)調(diào)整嘗試中總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)；其最終處理結(jié)果及機(jī)組開(kāi)機(jī)后的運(yùn)行參數(shù)均取得了比較理想的效果。該彈性油箱水平及受力調(diào)整方法可為同類(lèi)型的機(jī)組推力軸承水平與受力調(diào)整提供有益的借鑒和參考。