全伞式水轮发电机组轴线调整及控制

于万利

（中国安能集团第二工程局有限公司厦门分公司，福建厦门 361000）

1 旋转轴系结构组成

全伞式水轮发电机组旋转部分一般由转轮、水轮机轴、下端轴、转子中心体、上端轴五部分组成，受推力水平度和轴系直线度的影响，旋转部分存在水平径向离心力，造成机组旋转部分径向滑移摆动。为控制滑摆，一般会在轴系分设上、下、水导瓦及推力导瓦，使旋转部分在允许的范围内转动、摆动，机组在推力瓦与各部导瓦束缚下平稳旋转，并经导瓦、机架和顶盖将滑摆产生的径向力传至机组基础混凝土。

2 轴线旋转偏折分析

机组旋转时，并不是铅锤旋转轴线旋转，而是既有自转又有公转如图1 所示。镜板不平、轴线偏折、动平衡及旋转部件与固定部件的擦碰是机组发生振摆的主要原因。

2.1 轴线旋转偏折原因

2.1.1 推力镜板的水平影响

推力镜板安装水平规范均要求均不大于0.02mm/m，是因为无论推力瓦是刚性支撑还是弹性支撑，受下机架加工、安装误差等不可控因素影响，推力瓦、推力镜板不可能绝对水平，因此机组旋转必定有振摆存在。

2.1.2 轴系加工误差影响

轴线的摆度受机组的转速和测量位置影响，一般允许在0.02-0.05mm/m，水轮机导轴承处的绝对摆度在任何条件下均不得大于0.35mm。受轴系加工及安装精度、系统误差的影响，各连接轴不可能处于同一直线上，必定出现轴心偏折，故造成实际旋转中心和铅锤中心不重合，产生振摆。

2.1.3 旋转部件与固定部件接触影响

除各道轴承外，上下迷宫环、主轴密封、油盆固定密封及滑动密封等，与机组旋转体之间的间隙也非常小，一般在0.1-0.5mm 之间，安装过程中若中心偏差，会造成机组旋转过程中，受热膨胀，持续给旋转体施加外力，造成机组振摆，且这种情况会随机组温度升高而增加，最终造成振摆超标。

另外，造成机组振摆还有机组动平衡、磁拉力不均匀、导叶开关不同步等原因，在此不再细述。

2.2 自公转轴心常见工况

2.2.1 若推力无倾斜且轴线无偏折，此工况机组铅锤旋转轴与实际旋转轴重合，机组旋转仅自转而无公转，故机组运行平稳无摆振，此为理想工况而非现实。

2.2.2 若推力倾斜但无轴线偏折，此工况机组绕铅锤旋转轴公转、又绕实际旋转轴自转，因公转故有振摆。

2.2.3 若推力倾斜且轴线偏折，此工况机组绕铅垂旋转轴公转，又各段轴绕各自实际旋转轴自转，因公转与多轴自转机组会多频振摆，现实机组皆为此工况。

3 轴线盘车确定偏折

轴线盘车就是在各导瓦轴领或连轴法兰处架设百分表，通过读表求取摆度值，进而确定推力倾斜与轴心偏折相位及大小，通过加垫、刮削、对连接螺栓施加非对称偏差扭矩等方式调整机组轴线。

3.1 轴承抱瓦位置

一般情况下，选择靠近推力的两处导瓦抱紧，单侧瓦间隙控制在0.03mm/m-0.05mm/m。全伞式机组推力在下导轴承，因此多采用抱紧上导轴承和水导轴承进行盘车。

3.2 轴线安装检查

调整机架水平→调整推力受力值→检查推力镜板水平→连接镜板与推力头→检查连接下端轴与转子中心体→检查连接水轮机轴与发电机轴→检查连接上端轴与转子中心体→对称、按要求抱紧盘车导瓦。

3.3 盘车前准备

以上下迷宫环与转轮间隙为基准，整机组处于中心位置。根据机组各轴承导瓦数量和技术要求，对称抱紧盘车导瓦（轴瓦单边间隙通常0.03-0.05mm），用千斤顶轻推主轴检查抱瓦间隙，同时检查其他导瓦应离开大轴且处于自由状态。复核定转子空气间隙并将上导、下导及水导轴领，水发连轴法兰、上端轴与转子连接法兰±X、±Y 及450处8 等分。架设8 个百分表，并调整读数至百分表最大测量行程的一半。

3.4 轴线调整盘车

确认转动轴为自由状态后，将测点1 对+X 方向起盘，盘车需连续缓慢进行，读表员读表同时做好记录，盘车1 周表针应回零。每次需盘车2-3 周，各处摆度值皆以+X 处读数为准，以+Y 处读数校核。从同位置起盘三周且以+X 读表为准，有利于数据算出各处绝对摆度与净摆度值；绘制四轴空间位置关系；以盘车数值、图表、曲线判定推力倾斜相位及大小，判定轴线偏折相位及大小。

3.5 绘制摆度曲线

摆度曲线一般情况为正余弦线，根据盘车数据，绘制净摆度曲线如图2 所示，找出摆度偏差最大和最小点。

图2 机组摆度曲线示意图

3.6 确定最大摆度

8 等分盘车记录求证最大摆度值，以此值作为轴线调整与抱瓦依据，此法虽被广泛采用，实则也存在偏差。因盘车时，机组转动部分为不间断旋转，人为读数未必刚好在8 等分点读值。最大摆度值与次最大摆度值相差越大，则最大摆度值误差越大，因此一般情况需要旋转2-3 周，反复校核机组摆度测量值。通过盘车曲线求得最大摆度越准确，以此值作为轴线调整与抱瓦依据会更精确。

4 轴线调整处理方法

轴线调整前应综合分析各轴空间位置关系与摆度曲线后，再确定各轴轴线总体调整方案。牵一发而动全身，故不可盲目调整。机组轴线调整如同物体三维空间找正，通常先找正X、Y向水平面，再找正Z 向铅垂面，机组轴线调整亦如此，其顺序为：先调推力瓦水平，再调各轴轴线铅锤，全伞式机组轴线调整自中间到两端。

4.1 推力受力检查调整

推力受力直接决定镜板的水平，推力托盘变形值与平均变形值只差不超过平均变形值的±10%，检查安装过程中，各测量数据，确认轴线偏折与镜板水平的关系，若却因水平造成偏折，则需对镜板受力重新调整。同时检查镜板与推力头的连接螺栓扭力值扭矩值及偏差应符合要求。

推力瓦水平与受力调整：将镜板及推力头置于推力瓦，在±X、±Y 四点测量镜板与推力支座基板间距离，以此判定推力瓦倾斜大小及相位，通过调整刚性推力支座抗重螺杆，或弹性推力支座内弹簧，使推力镜板整体水平度≤0.02mm/m。通过抗重螺杆内应变探针测定各瓦应力，其偏差≤±10%，机组受力转化与盘车前后复测推力瓦水平与受力。

4.2 发电机轴轴线调整

发电机大轴是指与转子中心体下方相连的大轴，全伞式机组的发电机大轴可与推力连接，也可不与推力连接。镜板、推力头及发电机轴一体制造的，则无需发电机轴轴线调整，但测其摆度值可校验推力瓦水平度。

4.2.1 确定轴线摆度量及相位。

在全伞式机组下导瓦a 处与水发连轴法兰b 处各设2 个百分表，测得a、b 处32 点读数，盘车架表位置如图3 所示。设盘车轴瓦间隙为e、b 处到镜板距离为L，通过盘车测得a 处全摆度为Φa、b 处全摆度为Φb，由此求得b 处净摆度为Φb-a、b 处倾斜值j、净摆度Φb/a。

图3 盘车架表位置示意图

Φa=Φa-180-Φa-0=ej=Φb-a/2Φb/a=2j/L

Φb=Φb-180-Φb-0=2j+eΦba=Φb-Φa=（2j+e）-e=2j

根据盘车数据绘制轴线空间位置关系与绘制净摆曲线，从而确定机组发电机轴倾斜值与倾斜相位。

表2 机组各部位摆动允许值

4.2.2 确定加垫量及相位

求得轴线倾斜值与倾斜相位后，算出加垫量及相位，调整量计算如图4 所示。因△ABC∽△def，故δ=jD/L=Φb-aD/2L 根据公式可知：最大加垫量为δ，加垫量相位与净摆度连线垂直。

图4 调整量计算示意图

4.2.3 加垫注意事项。

加垫方向与正向净摆度值相同，刮削方向与正向净摆值相反，切不可混淆恰好相反。法兰连结靠接触面摩擦力传递扭矩，处理后接触面积不小于规定值，且加垫为通长垫片，必须过轴线中心，不可点状加垫。铜垫不得有折弯、翻边、毛刺，减小加垫铜皮层数。此外，联轴螺栓的伸长量或拉力值一般允许范围为±10%，若镜板水平、轴线直线度均满足规范、设计要求，可通过在标准允许的范围内不对称拉伸螺栓，也可起到调整轴线的作用。

5 机组启动校核试验

轴线盘车检查完成后，机组空载启动运行2 小时，检验转动轴线振摆度，过程中主要对机组振摆度和各轴承瓦温、油温进行监控。

5.1 振摆度监控

机组达到额定空载转速后，对机组各部位振动、摆度进行连续监控并做好记录，各部位振摆值符合要求，即说明机组轴线良好。各部位振动、摆度允许值如表1、2 所示。

表1 机组各部位振动允许值

5.2 温度监控。

温度主要是对瓦温、油温进行监控，合金瓦瓦温不超过75℃、塑料瓦瓦温不超过45℃。实际安装中，设计会根据瓦的材料不同，给出具体的报警温度和停机温度。各油盆内部温度偏差不大于5℃，确保油温均匀。

6 结论

机组轴线调整是机组安装调试的重中之重，直接关系到机组的实际运行工况。虽然对偏折发生原因进行了分析，详细阐述了盘车确定偏折的步骤及方法，也系统给出了调整控制的方法方案，但主要是针对机组调试阶段的检查检验，实为对安装过程中存在的问题给出的补救措施，因此，机组的实际运行工况，起决定性作用的还是安装过程要严格按照规程规范、技术标准，提高工艺水平，才能确保机组质量合格、指标正常、运行平稳。