長(zhǎng)龍山抽蓄電站兩種機(jī)型機(jī)組軸線調(diào)整工藝對(duì)比分析

畢興強(qiáng)

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

1 工程概況

長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站額定水頭710 m，最大發(fā)電水頭750.7 m，最大揚(yáng)程764.1 m，單極抽蓄機(jī)組中最大發(fā)電水頭為世界第一，抽水揚(yáng)程為世界第二。本電站安裝4臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為500 r/min和2臺(tái)額定轉(zhuǎn)速為600 r/min、單機(jī)容量350 MW的大容量水泵水輪發(fā)電機(jī)組，電站總裝機(jī)容量2 100 MW，為全國(guó)唯一在同一個(gè)抽蓄電站廠房?jī)?nèi)連續(xù)布置兩種不同高額定轉(zhuǎn)速抽蓄機(jī)組的廠房，布置復(fù)雜程度高，機(jī)組及結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制要求較高。其中5號(hào)、6號(hào)機(jī)組額定轉(zhuǎn)速600 r/min、單機(jī)容量350 MW抽水蓄能機(jī)組為該轉(zhuǎn)速下世界最大單機(jī)容量的抽水蓄能機(jī)組。

2 結(jié)構(gòu)對(duì)比

1號(hào)～4號(hào)機(jī)組為立軸懸式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電電動(dòng)機(jī)型號(hào)SFD 350/384-12/6150，發(fā)電機(jī)冷卻方式為密閉自循環(huán)空氣冷卻，發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸系采用“一根軸”結(jié)構(gòu)，通過(guò)聯(lián)軸螺栓與水輪機(jī)軸相連。機(jī)組設(shè)有上導(dǎo)軸承和下導(dǎo)軸承，各有16塊巴氏合金導(dǎo)瓦，推力軸承設(shè)在轉(zhuǎn)子上部，由上機(jī)架支撐。軸承均采用透平油進(jìn)行潤(rùn)滑，上導(dǎo)軸承與推力軸承的油槽分開(kāi)設(shè)置，設(shè)有高壓油頂起裝置。推力軸承為彈簧束支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)有12塊推力瓦，瓦面材料為巴氏合金，軸承的總負(fù)荷能力為800 t。

5號(hào)、6號(hào)機(jī)組為立軸懸式水輪發(fā)電機(jī)組，發(fā)電電動(dòng)機(jī)型號(hào)SFD 350/373.1-10/5540，發(fā)電機(jī)冷卻方式為密閉強(qiáng)制循環(huán)空氣冷卻，發(fā)電電動(dòng)機(jī)軸系采用“三段軸”結(jié)構(gòu)，通過(guò)聯(lián)軸螺栓與水輪機(jī)軸相連。機(jī)組設(shè)有上導(dǎo)軸承和下導(dǎo)軸承，各有12塊巴氏合金導(dǎo)瓦，推力軸承設(shè)在轉(zhuǎn)子上部，由上機(jī)架支撐。軸承均采用透平油進(jìn)行潤(rùn)滑，上導(dǎo)軸承與推力軸承的油槽分開(kāi)設(shè)置，設(shè)有高壓油頂起裝置。推力軸承為彈簧束支撐結(jié)構(gòu)，設(shè)有10塊推力瓦，瓦面材料為巴氏合金，軸承的總負(fù)荷能力為642.8 t。

圖1 1號(hào)～4號(hào)機(jī)組推力軸承結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 5號(hào)、6號(hào)機(jī)組推力軸承結(jié)構(gòu)示意圖

3 控制重點(diǎn)

1號(hào)～4號(hào)機(jī)組推力頭和鏡板為分體式結(jié)構(gòu)，通過(guò)螺栓把合聯(lián)接。水輪機(jī)頂蓋止漏環(huán)間隙為1.4 mm，底環(huán)止漏環(huán)間隙為1.6 mm，盤(pán)車(chē)前需測(cè)量水輪機(jī)頂蓋止漏環(huán)和底環(huán)止漏環(huán)間隙（頂蓋止漏環(huán)測(cè)量4個(gè)點(diǎn)，底環(huán)止漏環(huán)測(cè)量8個(gè)點(diǎn)），通過(guò)測(cè)量所得的間隙值將機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)軸系調(diào)整至中心位置后方可進(jìn)行盤(pán)車(chē)工作。

5號(hào)、6號(hào)機(jī)組推力鏡板為整體結(jié)構(gòu)。水輪機(jī)頂蓋止漏環(huán)間隙為0.67 mm，底環(huán)止漏環(huán)間隙為0.87 mm，由于結(jié)構(gòu)存在差異，5號(hào)、6號(hào)機(jī)組的底環(huán)止漏環(huán)間隙測(cè)不到，故只能通過(guò)測(cè)量頂蓋止漏環(huán)間隙值（測(cè)量4個(gè)點(diǎn)）來(lái)調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)軸系至中心位置；同時(shí)5號(hào)、6號(hào)機(jī)組相比1號(hào)～4號(hào)機(jī)組其止漏環(huán)間隙偏小，所以在轉(zhuǎn)子軸與水輪機(jī)軸聯(lián)接前需對(duì)轉(zhuǎn)子軸進(jìn)行單獨(dú)盤(pán)車(chē)檢查，通過(guò)盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)分析軸系傾斜度，并判斷是否能在未處理卡環(huán)的情況下直接聯(lián)軸進(jìn)行盤(pán)車(chē)工作，以免在未處理卡環(huán)的情況下因軸系傾斜度過(guò)大導(dǎo)致聯(lián)軸盤(pán)車(chē)時(shí)止漏環(huán)擦傷。

4 機(jī)組軸線處理方案確定

一般情況下，懸式機(jī)組軸系可通過(guò)去除法（修刮和腐蝕）或加墊法進(jìn)行軸線垂直度調(diào)整。結(jié)合機(jī)組推力軸承的結(jié)構(gòu)布置，可處理3個(gè)位置來(lái)調(diào)整軸線垂直度：

（1）鏡板與推力頭之間的把合面；

（2）卡環(huán)與推力頭之間的接觸面；（3）卡環(huán)與主軸之間的接觸面。

圖3 1號(hào)～4號(hào)機(jī)止漏環(huán)間隙示意圖

圖4 5號(hào)、6號(hào)機(jī)止漏環(huán)間隙示意圖

長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站根據(jù)其布置有兩種機(jī)型的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，分別采取了不同的方式對(duì)軸線垂直度進(jìn)行調(diào)整。

1號(hào)～4號(hào)機(jī)組推力頭熱套就位后，卡環(huán)在拔推力頭專(zhuān)用工具的拉緊下，與主軸、推力頭之間均處于貼緊狀態(tài)，不易取出；且鏡板與推力頭之間的把合螺栓和銷(xiāo)釘易于拆裝，加墊簡(jiǎn)便。故綜合考慮施工的便捷性與處理效果的安全可靠性，最終確定采用在鏡板與推力頭之間加墊的方式調(diào)整機(jī)組軸線。

5號(hào)、6號(hào)機(jī)組，由于推力鏡板為整體結(jié)構(gòu)，故無(wú)法采用上述1號(hào)～4號(hào)機(jī)組在鏡板與推力頭之間加墊的方式；且卡環(huán)與推力頭之間的接觸面較卡環(huán)與主軸之間的接觸面大，故采取修刮卡環(huán)與主軸之間的接觸面的方式更為簡(jiǎn)便。值得注意的是，修刮后的卡環(huán)需采用平口刀尺對(duì)其與主軸、推力頭的接觸面進(jìn)行檢查，以免出現(xiàn)局部高點(diǎn)。

5 機(jī)組軸線調(diào)整

5.1 機(jī)組盤(pán)車(chē)前準(zhǔn)備工作

長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站6號(hào)機(jī)組推力鏡板熱套完成后，在高壓油頂起裝置運(yùn)行下完成轉(zhuǎn)子受力轉(zhuǎn)換。機(jī)組盤(pán)車(chē)采用抱緊互成90°夾角4塊上導(dǎo)軸承瓦的剛性機(jī)械盤(pán)車(chē)。

盤(pán)車(chē)工具固定于主軸頂部，利用人力推動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)部分使機(jī)組軸系旋轉(zhuǎn)，測(cè)量方式為百分表擺度監(jiān)測(cè)法，即在測(cè)量部位（推力頭/推力鏡板、上導(dǎo)軸承軸領(lǐng)、下導(dǎo)軸承軸領(lǐng)、轉(zhuǎn)子軸下法蘭、水機(jī)軸上法蘭、水導(dǎo)軸承軸領(lǐng)）的+Y、+X方向各架設(shè)1套百分表監(jiān)測(cè)盤(pán)車(chē)時(shí)的擺度，在鏡板與轉(zhuǎn)輪抗磨板軸向+Y、+X位置各架設(shè)1套百分表監(jiān)測(cè)盤(pán)車(chē)時(shí)的軸向跳動(dòng)量，以上各監(jiān)測(cè)位置沿圓周方向劃八等分點(diǎn)，軸系上、下各部位的等分點(diǎn)方位應(yīng)一致，并按逆時(shí)針?lè)较驅(qū)⒈P(pán)車(chē)測(cè)點(diǎn)編為1～8號(hào)（上游側(cè)+Y為1號(hào)點(diǎn)，+X為7號(hào)點(diǎn)），機(jī)組旋轉(zhuǎn)方向?yàn)楦┮曧槙r(shí)針。

5.2 機(jī)組盤(pán)車(chē)

為減小測(cè)量與讀數(shù)誤差，在正式讀取百分表讀數(shù)之前，先勻速旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)軸系2圈，轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中各部位監(jiān)測(cè)人員應(yīng)注意聽(tīng)有無(wú)異響，并檢查各百分表歸零情況。一切正常后將所有百分表重新調(diào)至“0”位，并記錄初始讀數(shù)，正式盤(pán)車(chē)采用連續(xù)點(diǎn)盤(pán)2圈的方式，并以第2圈百分表讀數(shù)進(jìn)行軸線分析。在高壓油頂起系統(tǒng)啟動(dòng)后，緩緩轉(zhuǎn)動(dòng)主軸，每旋轉(zhuǎn)至一個(gè)測(cè)點(diǎn)，停止轉(zhuǎn)動(dòng)并退出高壓油頂起系統(tǒng)，待軸系停止晃動(dòng)且百分表指針?lè)€(wěn)定后方可記錄各監(jiān)測(cè)部位+Y、+X百分表讀數(shù)。

5.3 發(fā)電機(jī)軸單獨(dú)盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)，得出各監(jiān)測(cè)部位相對(duì)于上導(dǎo)軸承的偏心值如下：

（1）推力鏡板Y向?yàn)?0.01 mm，X向?yàn)?.01 mm，角度-47°；

（2）下導(dǎo)軸承Y向?yàn)?0.03 mm，X向?yàn)?0.01 mm，角度-107°；

（3）轉(zhuǎn)子軸下法蘭Y向?yàn)?0.01 mm，X向?yàn)?0.02 mm，角度-153°。

表1 發(fā)電機(jī)軸單獨(dú)盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)單位：mm

盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)分析可知，推力鏡板偏心角度為-47°，位于6號(hào)點(diǎn)；下導(dǎo)軸承偏心角度為-107°，位于4、5號(hào)點(diǎn)之間；轉(zhuǎn)子軸下法蘭偏心角度為-153°，位于3、4號(hào)點(diǎn)之間。在機(jī)組推力軸承受力與鏡板水平均符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，機(jī)組軸線基本呈直線傾斜狀態(tài)，且根據(jù)其擺度大小可以分析得出，機(jī)組軸系在未處理卡環(huán)的情況下可直接聯(lián)軸進(jìn)行盤(pán)車(chē)工作，不會(huì)擦傷止漏環(huán)。

5.4 聯(lián)軸后盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)，得出各監(jiān)測(cè)部位相對(duì)于上導(dǎo)軸承的偏心值如下：

（1）推力鏡板Y向?yàn)?0.01 mm，X向?yàn)?.01 mm，角度-25°；

（2）下導(dǎo)軸承Y向?yàn)?0.03 mm，X向?yàn)?0.01 mm，角度-100°；

（3）轉(zhuǎn)子軸下法蘭Y向?yàn)?0.01 mm，X向?yàn)?.00 mm，角度-106°；

（4）水機(jī)軸上法蘭Y向?yàn)?0.01 mm，X向?yàn)?0.04 mm，角度-163°；

（5）水導(dǎo)軸承Y向?yàn)?.01 mm，X向?yàn)?0.06 mm，角度168°。

表2 聯(lián)軸后盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)單位：mm

盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)分析可知，推力鏡板偏心角度為-25°，位于6、7號(hào)點(diǎn)之間；下導(dǎo)軸承、轉(zhuǎn)子軸下法蘭、水機(jī)軸上法蘭、水導(dǎo)軸承偏心角度集中在-100°～-168°，主要位于4號(hào)點(diǎn)附近。在機(jī)組推力軸承受力與鏡板水平均符合標(biāo)準(zhǔn)要求的情況下，機(jī)組軸線基本呈直線傾斜狀態(tài)，等同于機(jī)組軸線垂直度不合格，即機(jī)組軸線處理主要針對(duì)軸線垂直度進(jìn)行調(diào)整。

圖5 盤(pán)車(chē)測(cè)量點(diǎn)及機(jī)組軸線示意圖

5.5 確定修刮量

根據(jù)各部位偏心角度及偏移量進(jìn)行計(jì)算得出：修刮最大角度為168°，修刮最大量為0.003 mm，從互補(bǔ)性、綜合性角度出發(fā)，考慮到卡環(huán)修刮部位與主軸的接觸面積可能存在的間隙，故采取在修刮部位的兩側(cè)進(jìn)行輕微過(guò)渡。

常規(guī)情況下卡環(huán)修刮工藝需實(shí)測(cè)卡環(huán)修刮前厚度；采用合金鋼制作刮刀；選用與卡環(huán)材料接近的鋼板進(jìn)行試刮；劃分修刮區(qū)域；用紅丹粉涂抹整個(gè)面，防止有漏刮區(qū)域，刮1遍涂抹1遍；按照區(qū)域劃分，過(guò)渡計(jì)算每個(gè)區(qū)域需要刮除的量，推薦修刮1遍遞減1個(gè)區(qū)域的辦法，即最大修刮厚度區(qū)域需要刮除區(qū)域數(shù)減1；全部修刮完成后，用浸有透平油的天然油石蹭掉區(qū)域的高點(diǎn)，實(shí)測(cè)卡環(huán)厚度，若滿足要求即完成修刮工作。

但由于計(jì)算出的修刮最大量為0.003 mm，如此細(xì)微的數(shù)值變化根本無(wú)法測(cè)量，所以常規(guī)的卡環(huán)修刮工藝并不適用?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)過(guò)分析討論，決定采用以下方案：由經(jīng)驗(yàn)豐富的師傅采用平銼刀對(duì)卡環(huán)修刮面分區(qū)域進(jìn)行輕微的處理，修刮過(guò)程需切記用力均勻，修刮完成后，用浸有透平油的天然油石處理高點(diǎn)，用平口刀尺對(duì)卡環(huán)表面檢查后回裝卡環(huán)。

圖6 卡環(huán)修刮前區(qū)域劃分示意圖

圖7 采用銼刀修磨卡環(huán)示意圖

6 機(jī)組軸線調(diào)整結(jié)果

卡環(huán)回裝完成后，復(fù)測(cè)水輪機(jī)頂蓋止漏環(huán)間隙（測(cè)量4個(gè)點(diǎn)），調(diào)整機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件中心位置后抱緊上導(dǎo)軸承互成90°夾角的4塊導(dǎo)瓦，并調(diào)整導(dǎo)瓦與軸領(lǐng)間隙至0.01 mm。再次對(duì)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行盤(pán)車(chē)，盤(pán)車(chē)結(jié)果如表3所示。

表3 盤(pán)車(chē)結(jié)果單位：mm

各監(jiān)測(cè)部位相對(duì)于上導(dǎo)軸承的偏心值如下：

（1）推力鏡板Y向?yàn)?0.01 mm，X向?yàn)?.01 mm，角度-59°；

（2）下導(dǎo)軸承Y向?yàn)?0.03 mm，X向?yàn)?.01 mm，角度-63°；

（3）轉(zhuǎn)子軸下法蘭Y向?yàn)?0.02 mm，X向?yàn)?.01 mm，角度-57°；

（4）水 機(jī) 軸 上 法 蘭Y向 為0.00 mm，X向 為-0.02 mm，角度-169°；

（5）水導(dǎo)軸承Y向?yàn)?.00 mm，X向?yàn)?0.02 mm，角度-172°。

盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)經(jīng)計(jì)算可得：推力鏡板絕對(duì)擺度為0.021 mm，下導(dǎo)軸承0.065 mm，轉(zhuǎn)子軸下法蘭0.036 mm，水機(jī)軸上法蘭0.046 mm，水導(dǎo)軸承0.049 mm，軸線擺度滿足《350 MW可逆式水輪發(fā)電機(jī)組安裝質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》優(yōu)良要求。詳見(jiàn)表4。

表4 各部位擺度值

7 總結(jié)

在機(jī)組軸系調(diào)整過(guò)程中，需充分理解和掌握機(jī)組軸線調(diào)整的技術(shù)，并對(duì)盤(pán)車(chē)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)算，綜合分析軸系各部位偏心角度及偏心量，靈活應(yīng)用加墊和修刮卡環(huán)的調(diào)整方法。

本文以長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站布置的兩種不同高額定轉(zhuǎn)速抽蓄機(jī)組為例，在機(jī)組結(jié)構(gòu)對(duì)比分析的基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述兩種機(jī)型的不同軸線調(diào)整方式，并重點(diǎn)闡述了600 r/min、350 MW級(jí)抽蓄機(jī)組在軸線調(diào)整過(guò)程的控制重點(diǎn)及施工工藝，其中0.003 mm的卡環(huán)修刮量極難控制。在整個(gè)機(jī)組軸系調(diào)整工作中，不僅需要計(jì)算分析的準(zhǔn)確性和嚴(yán)謹(jǐn)性，更需要經(jīng)驗(yàn)的積累。長(zhǎng)龍山抽水蓄能電站最終實(shí)現(xiàn)軸線各測(cè)量位置擺度在《350 MW可逆式水輪發(fā)電機(jī)組安裝質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)》優(yōu)良范圍內(nèi)，圓滿完成了世界首臺(tái)600 r/min、350 MW級(jí)抽蓄機(jī)組軸線調(diào)整。