高水头混流式机组的瓦隙计算与调整

刘 峰

(四川华能涪江水电有限责任公司,四川成都 610041)

1 概 述

当机组轴线经盘车检查合格及推力轴瓦受力调整符合要求后,即可进行导轴承的安装和调整工作。由于机组的中心线与旋转中心线并不重合,因此,当机组中心确定后,在调整导轴瓦间隙时是以机组实际旋转中心线为基准、结合设计图样的间隙要求和机组合格的盘车摆度值来分配各部轴承的瓦隙,其安装质量直接影响机组的安全运行。对于悬式机组,一般有上导、下导、水导三个导轴承时,如果这三个导轴承同心(或与旋转中心重合或平行),那么,大轴旋转起来就不会出现局部受力过大的情况(俗称憋劲);但如果三个导轴承不同心,则机组就不会正常运行,故导轴承瓦隙计算和调整在机组的安装与检修工作中是一道非常重要的工序。

2 高水头混流式机组瓦隙计算与调整常见问题

常规高水头混流式机组在安装和检修过程中,瓦隙调整一般以机组轴线调整后的盘车数据作为依据,并以上导轴承为旋转中心。按照由上而下的原则:(1)上导轴承瓦隙按设计间隙均匀调整;(2)下导和水导瓦隙根据盘车摆度按作图法或计算公式进行计算。此方法简单明了,一般混流式机组的安装和检修皆按此方法进行。

对于高水头混流式机组,水轮机止漏环间隙很小(＜1.0mm)。为保证机组在运行中转轮和止漏环不发生碰撞,水导轴承一般采用筒式瓦结构(单边瓦隙 ＜0.5mm),该结构瓦隙固定,在机组运行过程中瓦隙不会发生改变。因此,在安装过程中对水导瓦的调整仅能根据盘车摆度整体推动筒式瓦,最后在现场采用手动钻铰定位销孔的办法进行水导瓦隙调整。但在检修过程中无法再次钻铰定位销孔,只能结合盘车数据采取现场整体平移发电机轴的方法以基本满足水导瓦隙调整的要求。

由于高水头电站机组转速高、轴径比较大、稳定性较差,而上、下导轴承瓦采用分块瓦,水导轴承采用筒式瓦的结构,经过一段时间的运行,由于各部轴承受力不均,而上、下导瓦瓦隙发生改变,水导瓦隙保持不变,致使在水导处摆度不变的情况下,上、下导摆度越来越大,最终形成以水导轴承为旋转中心的倒锥形旋转轴系。由于旋转中心发生改变,造成机组动平衡的稳定性被打破,以至机组运行一段时间后上、下导轴承处振摆明显加大,严重影响机组安全运行,进而缩短了机组的运行寿命。

能不能结合机组实际的运行规律,根据机组的盘车摆度,以水导轴承筒瓦作为机组的旋转中心,并根据矢量叠加的关系反算下导和上导轴承相对水导轴承的摆度,以解决高水头电站瓦隙计算和调整的问题就摆在了我们的面前。经过工程实践,验明上述方法简单可行,能有效解决高水头电站机组摆度超标,减少机组振动,具有较高的实用价值。

3 高水头混流式机组的瓦隙计算与调整方法

2008年以来,我们先后利用水导轴承筒瓦作为机组的旋转中心,以机组原始盘车摆度数据反算下导和上导轴承相对水导轴承的摆度,利用AutoCAD并结合作图法分配瓦隙的方法,成功地解决了木座水电站 2#机组、水牛家水电站 1#机组摆度超标及后续阴坪电站 1#、2#机组机电安装过程中瓦隙调整工作,机组运行稳定,效果较好。现以木座电站 2#水轮发电机组 2008年进行的检修工作为例,详细介绍了以水导作为机组旋转中心反算上导、下导瓦隙的计算方法。

3.1 木座电站 2#机组检修前的运行概况

木座电站 2#机组(单机容量 50MW,额定水头 262.7m,转速 500r/min,俯视逆时针旋转)于2007年 10月投入商业运行。截至 2008年 6月,机组振动、摆度相对于投运商业运行之日发生了较大变化,机组上导轴承最大摆度 0.48mm,下导轴承最大摆度 0.44mm、振动 0.14mm(已严重超标)。鉴于此,我们于 2008年 6月对机组进行了检修,重点根据机组的运行规律重新调整了瓦隙以解决机组振摆超标问题。

3.2 瓦隙计算与调整的实施方案

(1)确定机组停机时轴线的位移。

由于水导瓦采用 4块抛物线瓦结构,因此,我们重点测量了抛物线瓦最小边间隙,确定了机组轴线相对于水导轴承位移偏差。检查水导轴瓦最小单边间隙 ＞0.05mm(主要防止水轮机轴靠边,后续无法调整),若单边间隙 ＜0.05mm,则通过推轴顶转子的方法推出间隙以满足调整要求。现场用塞尺测量了最小边间隙,并通过架表撬轴的方法复核水导轴瓦间隙,通过计算确定了机组停机时轴线相对于水导轴瓦中心的位移,如图 1所示。

(2)根据盘车记录绘制相对水导的水平投影图 (图 2)。

根据木座电站 2#水轮发电机组的盘车摆度记录(表 1),利用 AutoCAD绘制以上导轴承为旋转中心的水平投影图,然后通过线段的矢量叠加绘制上导、下导相对水导轴承的水平投影图。

图 1 水导瓦隙测量示意图

表 1 木座水电站2#机组原始盘车数据表

3.3 利用 AutoCAD,结合作图法分配上导、下导瓦隙(上导设计瓦隙 0.19mm,下导设计瓦隙0.15mm)

图 2 以上导、水导为旋转中心的机组水平投影图

图 3 上导和下导瓦隙分配图

根据以水导中心为旋转中心的机组水平投影图,运用 AutoCAD,利用常规瓦隙分配作图法绘制上导、下导瓦隙分配图(图 3),并根据上述步骤实际的停机位置轴心偏移值进行修正,调用 Auto-CAD测量命令,分别测量上导、下导各自对应的瓦隙值,即为现场需调整的瓦隙值。

3.4 实施效果

通过上述方法进行调整后,机组开机投入运行,效果较好。木座水电站 2#机组上导轴承最大摆度降为 0.16mm,下导轴承最大摆度为 0.14 mm、振动为 0.07mm,水导轴承最大摆度为 0.06 mm,达到了预期的处理目的。

4 结 语

我国西部高山峡谷地区水力资源十分丰富,大部分水头位于 200～500m之间。随着技术的进步,各水力发电设备生产厂商竞相开发出了尺寸小、重量轻、转速高、轴径比大的高水头混流式机组。由于该类型机组运转稳定性相对较差,对机组的安装和检修提出了更高的要求。笔者在文中介绍的方法能克服传统瓦隙计算和调整的弊端,明显提升机组的运行稳定性,控制现场的施工风险,减少现场的施工难度。同时,举一反三,在该方法的基础上灵活运用,还可根据机组的特性,以机组下导轴承为旋转中心,反算上导和水导瓦隙以处理某些下导摆度严重超标的机组。上述方法实施简单,对于高水头混流式机组的安装及检修工作具有较高的运用价值。