立轴半伞式水轮发电机组弹性油箱水平及受力调整工艺

孙 健 波

(华电四川宝珠寺水力发电厂，四川 广元 628003)

1 概 述

宝珠寺水电站位于四川省广元市境内，是嘉陵江水系白龙江干流上第二座水电站，安装4台单机容量为175 MW混流式水轮发电机组，总装机容量700 MW，1996年12月首台机组投产发电，电站具有不完全年调节能力，担负着四川电网调峰调频和事故备用的任务。

宝珠寺电站水轮发电机组由东方电机股份有限公司设计并制造：发电机型号为SF175-44/10350，水轮机型号为HLD89-LJ-500。水轮发电机组为立轴半伞式四段轴结构，即上端轴、转子中心体、下端轴、水轮机轴。机组共设3部轴承，分别为上导轴承、推力轴承和水导轴承。机组上导轴承为12块巴氏合金分块瓦，水导轴承为10块巴氏合金偏心瓦；推力轴承为弹性油箱液压支柱式结构，推力瓦为14块弹性金属塑料薄瓦和托瓦组成。其难点在于检修中对水平与受力调整工作较复杂和烦琐；在遵循传统推力轴承水平和受力调整客观规律，改进其调整工艺及方案值得学习借鉴。

2 推力轴承调整传统工艺流程

宝珠寺电站12F机组大修，机组主要部件回装完成后，需要对机组转动部件轴线和推力轴承水平、受力进行重新调整和校核。传统工艺流程是先调整机组水平后进行推力轴承的受力调整，分步分阶段进行。

2.1 推力轴承水平调整

2.1.1 推力轴承静态水平调整

推力轴承回装到位后，用框式水平仪测量镜板上部四个正方向(+X、+Y)点位静态水平A(为校核正方向水平准确性，可以测量斜交方向四个地方)。

通过框式水平仪测量镜板水平，通过计算得出最高点水平数据A方向；已知镜板直径3 340 mm,计算出最低点上升量A×3340(或最高点降低量A/3340),采用相似三角形，计算出每块推力瓦抗重螺栓相应上升量或下降量h(推力瓦支柱螺栓上升或下降方向取决于机组转动部件高程)。

图1 弹性油箱结构分布图

图2 推力瓦实际分布调整量计算图

通过计算，得出每块推力瓦支柱螺栓调整量，再利用专用钩头扳手对其进行调整；

2.1.2 推力轴承动态水平调整

推力轴承动态水平，即机组动态盘车模拟机组正常运行状况，测量推力轴承实时水平变化情况，通过对数据和盘车情况分析，对推力轴承水平进行校核和调整，已达到机组正常运行推力轴承最佳状态。

推力轴承动态水平调整过程与静态水平类似；同样用框式水平仪测量推力轴承镜板面水平；不同在于采用单一变量原则(即将框式水平仪指定放置在某一点不动，同时认定该点出水平为“0”)测量；然后随机组盘车转动，测量各盘车点位推力轴承水平数值；通过对数据分析，再根据相似三角形，计算每块推力瓦的调整量。

2.2 推力轴承受力调整

2.2.1 推力轴承受力调整原则

调整时应兼顾镜板水平。

2.2.2 调整前应满足要求

(1)将主轴推至机组中心位置，检查转轮上、下止漏环间隙合格；

(2)主轴处于自由状态，机组转动部分重量落在推力轴承上；

(3)上导、水导轴瓦抱轴，单侧间隙留0.03～0.05 mm；每个油箱上装测杆(拧在保护罩上的锁定螺孔内)，测杆前后架两支百分表，百分表在转子顶起后(镜板脱离推力瓦)对＂零＂；落下转子，松开上导、水导瓦，使大轴处于自由状态，记录各油箱千分表读数并求出每个油箱中心的安装实际变形及各油箱平均变形量(图3)。

2.2.3 调整量的计算

(1)两表读数为δc>δb或δc<δb时,通过相似三角形可分别导出Δδi的值，即：

表1 宝珠寺电站12F机组A修镜板水平调整表

图3 弹性油箱压缩值测量图

aa k Δδi为各油箱中心计算变形量，i=1,2,…n；δc为各油箱外侧百分表读数；δb为各油箱里侧百分表读数。

(2)计算平均变形量。

计算抗重螺栓应调升或降角度±Li

式中Li为应调角度；S为支柱螺栓螺距。

按计算角度进行微量调整。值得注意的是，由于各油箱压相连通，调整过程中，应整体兼顾。因此，可凭经验统一选择0.6的折算系数进行调整。重复测量、调整，直到所有油箱变形量与平均变形量的最大差值小于0.15 mm，镜板水平在0.02 mm/m内。

3 推力轴承调整工艺优化

推力轴承传统调整工艺主要分为推力轴承水平和受力分步、分阶段进行；其耗费的检修时间和人员会比较多，同时，需要注意的细节因素也很多，稍微有哪一点未控制到位，就需要重新推倒重来；时常会出现镜板水平调整合格后，而各弹性油箱受力值却相差较大，无法做到水平与受力相兼顾；导致其水平与受力调整工作必须重头再来；但现实检修中对工期和检修质量要求逐步提升，因此必须对推力轴承水平和受力调整上提出更高的要求和挑战。

在宝珠寺电站2018年12F机组A修中，参照水电六局在太平湾水电站《液压支柱式推力轴承受力调整的尝试》一文中，将推力轴承水平与受力同时进行分析处理。

3.1 准备阶段

(1)将机组转动部件推至机组中心位置，检查转轮上部固定止漏环间隙合格，保证在机组顶转子过程中无擦挂和磕碰；

(2)主轴处于自由状态，机组转动部分重量落在推力轴承上；

(3)用上导4块轴瓦，水导6块轴瓦抱紧大轴，轴瓦单侧间隙留0.03～0.05 mm，保证轴瓦抱轴紧度适当；在每块推力瓦油箱上装测杆(拧在保护罩上的锁定螺孔内)，测杆前后架两支百分表，百分表在转子顶起后对“零”，计算每块百分表小针读数，避免由于小针读数错误造成后续调整量的错误。

3.2 调整过程

(1)用框式水平仪测量推力头上部四个正方向点位静态水平B(为校核正方向水平准确性，可以测量斜交方向四个地方)；

(2)用顶转子专业油泵将转子顶起6-8 mm，为防止转子落下，将制动器锁定螺母旋紧；根据测量镜板水平B通过相似三角形，计算每块推力瓦应调量，用专用扳手对其进行调整(镜板水平计算过程和数据处理，以及推力瓦支柱螺栓调整与上述推力瓦静态水平调整工作相同)；

图4 镜板水平测量图

表2 宝珠寺电站12F机组A修镜板水平调整表(第一次)

(3)当镜板水平调整完成后，锁紧每块推力瓦挡块螺栓和锁片；然后松开制动器锁紧螺母，将转子缓慢落下来；记录每块推力瓦油箱压缩值Δh。

表3 第一次弹性油箱压缩值调整记录表(Δh)

观察表3可知，各弹性油箱最大压缩值与最小压缩值之差远远大于检修技术要求0.15 mm，此时测量镜板水平为0.026 mm/m，应该在技术要求合格边缘；按照传统工艺要求，此时需要精调镜板水平，并同时兼顾调整各弹性油箱受力；但根据之前的检修经验，这时往往会出现其水平调整和受力无法兼顾。通过对此类检修工艺流程分析，发现其水平和受力调整结果与转子起落后所处位置，导轴承瓦抱紧大轴紧度以及导轴瓦松开后机组转动部件自由度等存在较大关系；从而导致弹性油箱水平、受力变化无规律可循。

参照类似电站弹性油箱受力调整工艺；为减少上述多重因素影响以保证大轴垂直，机组转动部分大致处于中心位置，上导、水导在抱紧大轴情况下，采取起、落转子，同时推力轴承水平与受力测量和调整时也不用松开导轴瓦；保证其调整前后大轴所处状态相同；通过此类方法可以将存在多重变量因素加以控制；从而消除由于机组所处位置和导轴瓦松紧程度不一造成各弹性油箱的偏压所产生的压缩量与大轴垂直条件下压缩变化值不一致情况。

采用上述方法实施，在转子顶起状态下，调整镜板水平和各弹性油箱受力；转子落下状态，测量各弹性油箱受力和镜板水平。

表4 宝珠寺电站12F机组A修镜板水平调整表(第二次)

转子落下弹性油箱受力情况见表5

表5 第二次弹性油箱压缩值调整记录(Δh)

采用相似三角形对镜板水平数据进行精调计算处理，调整完成后测量镜板水平0.014 mm/m，已达到检修技术要求(<0.02 mm/m)；此时根据第二次弹性油箱压缩值调整记录，发现弹性油箱最大压缩值与最小值压缩值差值相比较第一次调整记录差值明显减小，但距离检修技术要求还存在差距；此时还需要进一步对弹性油箱受力进行调整。

弹性油箱受力测量，采用两块百分表进行测量，主要是为了获取更多组数据，将其受力更加精确和量化；但调整弹性油箱受力往往会出现(图5)两种情况；计算时需要将里侧百分表和外侧百分表的形变量折算到弹性油箱本体中心变形量；同时考虑弹性油箱的特点，需要将其调整量乘上经验系数，精确得出每个弹性油箱的调整情况，见表6。

图5 弹性油箱压缩值实际形态图

表6 宝珠寺电站12F机组推力瓦受力调整表

按照上述数据调整完成后，并保持原有状态(大轴垂直，转子与转轮在中心位置，上导、水导在抱紧大轴)；转子落下弹性油箱受力情况见表7：

表7 第三次弹性油箱压缩值调整记录表(Δh)

通过对各弹性油箱进行精准调整，测得外侧百分表弹性油箱最大压缩值与最小压缩值之差为0.09 mm,里侧百分表弹性油箱最大压缩值与最小压缩值之差为为0.18；但将里侧和外侧百分表数据折算到弹性油箱中心处其压缩值之差小于0.15 mm；此时需复测镜板水平是否符合检修技术要求(B<0.02 mm/m)。

为了更直观的判断该方法的准确性和可行性；此时松开上导、水导处轴承瓦，确认机组转动部件自由度良好情况下，再次测量镜板水平和各弹性油箱压缩值见表8。

表8 第四次弹性油箱压缩值调整记录表(Δh)

记录测得镜板水平0.15 mm/m；符合检修技术要求(B<0.02 mm/m)。观察第四次弹性油箱压缩值记录表可知；该状态下各弹性油箱压缩值与第三次记录数据相近，其偏差在0.01～0.02 mm；此时水平也与之前状态水平相近，其偏差只有0.01 mm/m；说明上述新型工艺测量数据真实性和可信性很高。

在机组开机过程后，分别观察机组在空转、空载和带满负荷时推力轴承瓦温变化清风，发现推力轴承瓦轴在两个小时左右基本达到稳定，且瓦温最高与最低相差2～3 mm，机组各项指标运行情况良好。

表9 宝珠寺电站12F机组修后正常运行不同工况下推力瓦温记录表 /℃

4 结 语

宝珠寺12F机组A修弹性油箱推力轴承水平和受力调整新工艺，是在先前工作工艺流程基础上加以改进的，也是近20多次系统调整尝试中总结的经验；其最终处理结果及机组开机后的运行参数均取得了比较理想的效果。该弹性油箱水平及受力调整方法可为同类型的机组推力轴承水平与受力调整提供有益的借鉴和参考。