关于弹性基础汽轮发电机组轴系中心计算和调整简析

安徽淮南平圩发电有限责任公司 朱纪东

1 概况

该汽轮机设备为单轴、三缸、四排汽、冲动凝汽式半转速汽轮机，轴系长达55.5m，台板采用弹簧隔振基础，低压汽缸无台板。外缸下半直接坐落在凝汽器壳体上，通过焊接方式形成刚性连接。凝汽器下部采用刚性支撑，汽轮机低压缸的外缸重量和凝汽器的全部重量由凝汽器承担，低压外缸与内缸采用软橡胶密封圈连接，内缸下半与落地式轴承座为一整体，内缸通过前后端轴承座的支承结构支撑在汽轮机基础平台上，不受凝汽器真空变化和水位变化带来的影响，保证了良好的轴系对中和轴承的稳定性。

2 基础隔振弹簧的分布

采用弹性支撑的汽轮发电机组在基础发生一定不均匀沉降时，能够自动补偿调整中心和各轴瓦载荷。如果不均匀沉降较大，可以通过调整弹簧调整各轴瓦载荷和机组扬度趋势。由于柔性的基础台板在局部地区产生弹性变形，汽轮机的基础产生局部沉降，使得汽轮机轴系的对中比较复杂。

基础平台上的汽轮发电机组和基础台板的重量由96组弹簧隔振器支撑，这些基础弹簧隔振器布置在12 个立柱顶部上，弹簧隔振装置的布置如图1所示。

图1 弹簧隔振装置的布置

3 基础隔振弹簧调整轴系中心的应用

在机组运行一个周期后，机组停机检修时需要对汽轮机组轴系中心进行检查、调整。传统的调整方式是通过调整轴承的瓦枕垫铁的调整垫片实现轴承的移动，或通过调整轴承座，进而实现对轴系中心的修正。对于该机组支持轴承，结构形式为三瓦块可倾瓦支撑轴承，在轴承的结构设计方面没有设置调整垫铁，这与传统设计有瓦枕垫铁的圆筒瓦或可倾瓦区别很大，只能通过调整轴承座和基础弹簧的方式调整并修正轴系中心。将基础台板支撑的隔振弹簧支撑视作柔性基础，当抬高或降低对轮所在台板下方对应的基础弹簧时，通过增减垫片的厚度调节基础平台的标高，使靠近对轮附近的两个轴承座的标高同时发生变化，达到消除上下张口偏差的目的，修正对轮中心，且不会影响缸内的通流间隙。

4 轴系中心计算公式

该机组轴系上共有8个支撑轴承布置在6个轴承座内，是双轴承支承结构。发电机两端轴承位于发电机两端大端盖内，励磁机采用无刷励磁，无轴承和整体台板。

该汽轮发电机组轴系布置如图2所示。

图2 汽轮发电机组轴系布置

在进行中心计算公式推导前，对偏差数据作正、负的规定。对轮中心偏差——平面：上张口、左张口为“+”，反之为“-”。圆周：前对轮偏上、偏左为“+”，反之为“-”。调整量正、负的规定：轴承、轴承座或弹簧向上、向左移动为“+”，反之为“-”。#1～#8 轴承移动量分别设为X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8。基础弹簧移动量分别为Z1、Z2、Z3、Z4、Z5、Z6，对轮直径为φ。

HIP-LP1对轮中心上下张口计算：HIP-LP1对轮上下张口初始偏差C 口1。HIP-LP1 对轮中心上下张口有影响的轴承有#1、#2、#3、#4轴承，基础弹簧：Z1、Z2、Z3，根据相似三角形原理，可以得到HIP-LP1对轮中心张口计算公式为：

根据设定张口与轴承、弹簧上抬的“+”“-”关系，#1、#4 轴承、Z1、Z3 基础弹簧的变化与张口的变化是相反的，所以在计算式前面为“-”。

对于基础弹簧的调整可以认为等同于轴承，对于调整基础弹簧Z2，等同于同时调整#2、#3 轴承。当抬高或降低靠背轮所在台板下方对应的基础弹簧时，使得靠近靠背轮附近的两个轴承座的标高同时发生变化，达到消除张口偏差的目的，不影响外圆。

HIP-LP1 对轮中心左右张口计算：只需考虑轴承调整的影响，无须考虑基础弹簧。HIP-LP1对轮中心外圆计算：HIP-LP1对轮外圆初始偏差C圆1。HIP-IP 对轮中心外圆有影响的轴承有#1、#2、#3、#4 轴承。调整弹簧基础时仅影响对轮张口的变化，对外圆无影响。根据相似三角形原理，可以得到HIP-LP1对轮中心外圆计算公式为：

根据设定外圆与轴承上抬的“+”“-”关系，#1、#3 轴承的变化与外圆的变化是相反的，所以在计算式前面为“-”。

调整弹簧基础时仅影响对轮张口的变化，对圆周方向无影响。因此在制定轴系中心调整方案时仅考虑基础弹簧调整对张口的影响，不考虑对外圆的影响。LP1-LP2对轮中心上下张口计算：LP1-LP2对轮上下张口初始偏差C 口2。LP1-LP2 对轮上下中心张口有影响的轴承有#3、#4、#5、#6，基础弹簧：Z2、Z3、Z4，根据相似三角形原理，可以得到LP1-LP2对轮中心张口计算公式为：

根据设定张口与轴承、弹簧上抬的“+”“-”关系，#3、#6 轴承、Z2、Z4 基础弹簧的变化与张口的变化是相反的，所以在计算式前面为“-”。

对于基础弹簧的调整可以认为等同于轴承，对于调整基础弹簧Z3，即等同于同时调整了#4、#5轴承。LP1-LP2对轮中心左右张口计算：只需考虑轴承调整的影响，无须考虑基础弹簧。LP1-LP2对轮中心外圆计算：LP1-LP2对轮外圆初始偏差C圆2。LP1-LP2 对轮中心外圆有影响的轴承有#3、#4、#5、#6 轴承。调整弹簧基础时仅影响对轮张口的变化，对外圆无影响。根据相似三角形原理，可以得到LP1-LP2对轮中心外圆计算公式为：

根据设定外圆与轴承上抬的“+”、“-”关系，#3、#5轴承的变化与外圆的变化是相反的，所以在计算式前面为“-”。

调整弹簧基础时仅影响对轮张口的变化，对圆周方向无影响。因此在制定轴系中心调整方案时仅考虑基础弹簧调整对张口的影响，不考虑对外圆的影响。LP2-GEN 对轮中心上下张口计算：LP2-GEN对轮上下张口初始偏差C口3。LP2-GEN对轮上下中心张口有影响的轴承有#5、#6、#7、#8，基础弹簧：Z3、Z4、Z6。根据相似三角形原理，可以得到LP1-LP2对轮中心张口计算公式为：

根据设定张口与轴承、弹簧上抬的“+”“-”关系，#5、#8 轴承、Z3、Z6 基础弹簧的变化与张口的变化是相反的，所以在计算式前面为“-”。

对于基础弹簧的调整可以认为等同于轴承，对于调整基础弹簧Z4，等同于同时调整了#6、#7轴承。LP2-GEN 对轮中心左右张口计算：只需考虑轴承调整的影响，无须考虑基础弹簧。LP2-GEN 对轮中心外圆计算：LP2-GEN 对轮外圆初始偏差C 圆3。LP2-GEN 对轮中心外圆有影响的轴承有#5、#6、#7、#8。调整弹簧基础时仅影响对轮张口的变化，对外圆无影响。根据相似三角形原理得到LP2-GEN 对轮中心外圆计算公式为：

根据设定外圆与轴承上抬的“+”“-”关系，#5、#7 轴承的变化与外圆的变化是相反的，所以在计算式前面为“-”。

调整弹簧基础时仅影响对轮张口的变化，对圆周方向无影响。因此在制定轴系中心调整方案时仅考虑基础弹簧调整对张口的影响，不考虑对外圆的影响。根据以上推导公式，可以看出通过对轴承座、弹簧基础的调整可以实现对轴系中心调整的目的，即改变公式中任何一个轴承座、弹簧基础的移动量就可以看出对轮中心的改变量，但由于机组轴承的结构特点，实际应用中轴承变化量不便于实施中监测，为了达到现场中心调整的可操作性，需要将轴承座的调整量转变为靠背轮处变化量的监视，由此需要设定在调整靠背轮及轴承变化量之间的转变关系，以便于对现场调整时的操作。即通过对靠背轮的变化量作为实施调整是否达到调整预期的参考监视。

靠背轮的变化量受到对应轴承变化和同轴轴承变化两个因素的影响，应为两个因素的叠加，可以得到靠背轮的总变化量=对应轴承变化量+同轴轴承变化量，同样，根据相似三角形原理，得出以下推导（定义的“+”“-”关系，同上说明）。

在实际应用中，机组轴系中心的调整综合采用调整基础弹簧及移动轴承座的方式来进行调整，并通过监视靠背轮变化来判断是否达到了调整的预期，最后再通过中心的最终数据进行复核。对于机组整个轴系来说，调整的总体原则一般为：主油泵及高压转子中心尽量不作调整，否则将给主油泵的后期调整带来大量工作；推力轴承处不做调整，否则推力盘后续平行度调整难度较大；发电机定子在设计上可以进行调节，但定子的调节需要将发电机定子与基础螺栓全部松开，后期还要进行负荷分配，额外增加的工作量在大修期间很难完成。因此，汽轮发电机中心调整尽量采用调整基础弹簧及轴承座进行调整，同时也增加了中心调整的难度。靠背轮的总变化量见表1。

表1 靠背轮的总变化量

5 结语

对弹性基础支撑的汽轮机而言，在一个运行周期后，由于复杂的不均匀外力或出现不均匀沉降均会导致汽轮机基础台板变化，造成轴系中心的偏差，为提高机组运行可靠性和安全性，在轴系找中过程中，通过采用调整基础弹簧，调整减振弹簧顶部的调整垫片的方式及移动轴承座来实现对轴系中心进行调整，从而达到修正轴系中心的目的。在实际调整过程中，需要根据实际情况和数据，结合现场经验，密切监视调整过程中数据的变化，以达到调整预期的最佳结果，提高现场的检修效率。以上是关于核电半速弹性基础汽轮发电机组中心计算和调整的介绍，希望能够为弹性基础的同类型机组检修提供借鉴和参考。