亭子口水利枢纽电站机组轴线的安装与调整

(嘉陵江亭子口水利水电开发有限公司，四川 苍溪，628400)

亭子口水利枢纽电站厂房内装设4台单机容量为275MW的水轮发电机组，水轮机为上海福伊特西门子水电设备有限公司提供，发电机由东芝水电设备(杭州)有限公司提供，型号为SF275-60/14700全空冷立轴半伞式水轮发电机。亭子口水利枢纽电站投产后，是四川电网理想的调峰电源之一，它将改善四川电网水电站的调节性能。现将该电站机组轴线的安装与调整介绍如下。

1 机组轴线的基本参数及结构特征

机组的额定转速：100rpm

发电机转子直径：13745mm

转子空气间隙：26mm

发电机轴长度：5350mm

水轮机轴长度：5410mm

上导瓦单侧间隙：0.15mm

下导瓦单侧间隙：0.35mm

水导瓦单侧间隙：0.30mm

镜板外径：φ3405mm

轴系总长：20170mm

机组的轴线是轴系的中心线，贯穿于补气阀、集电环、发电机上端轴、转子本体、推力头与镜板、发电机大轴、水轮机主轴、转轮等，整个转动部分的重量通过推力轴承传递到混凝土基础上，机组的轴线在径向方向由三部轴承约束。

发电机的推力轴承为小弹簧簇多点支撑结构，14块扇形推力瓦的每块下面布置有50个共计700个小弹簧来支撑，安装时无需进行受力调整，只需水平调整合格即可。推力轴承设置有高压油顶起装置，机组盘车时启动高压顶起油装置进行人工盘车；推力轴承与下导轴承共用一个位于下机架的油槽。

转轮的焊接加工、静平衡试验都在工厂完成，整体到货，工地现场与水轮机大轴联接为法兰止口、销套加联接螺栓，确保了转轮与水轮机大轴的同心度。水轮机大轴与发动机大轴的联接为法兰止口加销钉螺栓联接，转子中心体与上端轴的联接为法兰止口联接，保证了发电机轴与水轮机轴、发电机上端轴的同心度和垂直度。

转子中心体与发电机大轴的联接为无止口平面型法兰联接，镜板与推力头的联接、推力头与转子中心体的联接都在工厂内进行，预装完毕才分开运送到工地，保证了各部件的同心度，各组合面合缝间隙确保0.02mm的塞尺不能通过。机组轴线的曲折则通过平移主轴和推力头的调整来实现。

2 机组轴线的处理

2.1 机组中心的确定

如果水轮机和发电机中心不对正，就会引起轴系摆度、振动偏大，轴瓦温升异常等现象。因此，在机组安装过程中，必须进行机组定中心工作，保证定子和转子及水轮机中心与发电机中心同心。亭子口机组中心以水轮机中心为基准定中心，调整转轮在止漏环的间隙小于设计间隙的±10%，即水轮机大轴中心的找正，也就是在对称位置上测量的轴的半径只差0.02mm，水轮机轴与发电机轴联接的法兰面的水平度及垂直度0.02mm/m。

采用挂钢琴线定机组中心的方法，从上机上方架悬挂一根带重锤的钢琴线到水轮机轴的法兰面，通过调整钢琴线至水轮机轴的中心(偏差控制在0.03mm的范围内)；以此钢琴线为机组中心线，通过移动千斤顶来调整上机架、定子、下机架的中心；然后把各部的基础螺栓、联接螺栓按规定力矩把紧，复测数据无误后，进行定子、下机架基础二期混凝土浇筑和定位销空的配铰。

2.2 机组轴系对中心

为检查机组轴系的垂直度，在水轮机轴和发电机轴联接后，分别在转子吊入安装的前后，在水轮机轴保持自由状态时进行轴系的对中心工作。具体步骤如下：

2.2.1 在下机架下表面适当位置每隔90°安装好4根钢琴线，调整4根钢琴线与法兰合缝面的距离一致。注意钢琴线的位置不能移动，直到完成转子吊入安装的对中心工作后才能拆除。

2.2.2 在大轴合缝面的两侧，分别设置两处测点，测点的距离在可能的情况下尽量大，并尽量取相同距离，一共取16个测点(如图1所示)。

图1 轴系对中心示意

2.2.3 在同一个点5min内测量3～4次(全部测量记录要保留)，当测量值的偏差在±0.01mm以内时，以它们的平均值或中间值作为该点值。如果测量值的偏差过大，则需要对工具、测量部位、测量方法等检查调整，然后再重新测量。

2.2.4 一次测量完成后，大轴转过180°，按上述方法测量一次，大轴的“0°”也要记录。记录表格如表1所示。

表1 轴系中心记录表格

0°180°12341234AA1A2A3A4a1a2a3a4BB1B2B3B4b1b2b3b4CC1C2C3C4c1c2c3c4DD1D2D3D4d1d2d3d4

2.2.5 根据测量结果，以大轴合缝法兰面到推力镜板滑动面及水轮机导轴承中心的长度，计算轴系的垂直度和折弯量，即轴系的垂直度以0°和180°位置测量结果的换算平均值来判断。计算公式如下：

2.2.5.1 发电机轴的垂直度

(1)1-3方向：[X]1-3=

(2)2-4方向：[X]2-4=

2.2.5.2 发电机轴总垂直度

[X]= ([X]<0.0208mm/m)

2.2.5.3 水轮机轴的垂直度

(1)1-3方向：[Y]1-3=

(2)2-4方向：[Y]2-4=

2.2.5.4 水轮机轴总垂直度

[Y]= ([Y]<0.0208mm/m)

2.2.5.5 机组轴系的垂直度

(1)1-3方向：[Z]1-3=

(2)2-4方向：[Z]2-4=

2.2.5.6 轴系的总垂直度

[Z]= ([Z]<0.0208mm/m)

2.2.5.7 以推力镜板滑动面中心与水轮机导轴承中心的连线作为轴中心线(假想线)，水轮机轴与发电机轴相对这根中心线在合缝法兰处的偏心量，即为该轴系的折弯量σ。计算公式如下：

(1)1-3方向：[σ]1-3=[X]1-3×Lc

(2)2-4方向：[σ]2-4=[X]2-4×Lc

轴系的总折弯量

[σ]= ([σ]<0.08mm，Lc：推力镜板滑动面到合缝法兰间的距离，水轮机导轴承中心到合缝面法兰间的距离)

2.3 轴线摆度的测定与调整

亭子口水利枢纽电站发电机组安装有推力轴承高压油顶起装置，可以采用手动盘车的方法；首先对发电机大轴、水轮机大轴和转轮联接部分和镜板、推力头、转子部分进行盘车，通过平移发电机大轴和推力头来调整机组轴线摆度至合格标准；现场进行发电机大轴与转子联接销套的镗孔，以消除现场焊接转子机架时转子下法兰的变形量；然后用液压拉伸器按规定的伸长值紧固联接螺栓，复测发电机大轴与转子联接后的摆度符合标准；最后联接发电机上端轴，一起进行整体盘车。具体步骤如下：

2.3.1 用内径千分尺测量下导轴领至轴承座的距离，确保大轴处于轴承支撑中心上，对称位置测量值偏差要求小于0.05mm；调整下导瓦间隙值为0.01mm～0.02mm。

2.3.2 以安装基准位置(0记号)为基准，逆时针8等分进行编号来确定测量轴线的位置；在各测量处的+Y(A～F点，见图2)位置上向心水平位置装设百分表，同时在发电机主轴的上端面装设一块百分表。

图2 轴线摆度测量示意

2.3.3 启动高压油顶起装置，通过人力进行机组盘车，确认转子特别是起动时没有大的摆度产生。

2.3.4 经过2～3圈的空转，在转子稳定的状态下，每圈转动为25s～30s并以哨声为准，同时各个测点在前面周向8处读取并记录百分表读数。测定要在三次以上，从中选择一次同时测定的值作为测定结果。

2.3.5 机组轴系摆度的允许值按如下公式计算：摆度允许值=0.05×L/D〔其中，L为测点到推力镜板面的距离(mm)，D为推力镜板外径(mm)〕。如果多次测量的结果均不一致时，检查对称点的数据，确认主轴的中心是否移动；轴系摆度的结果不能满足要求时，通过平移上端轴进行调整，直至合格。

3 结论

精确的加工工艺，有效的作业方法和施工控制标准，使亭子口水利枢纽电站机组的轴线质量标准近乎完美。目前亭子口水利枢纽电站4台机组已经全部投产，在稳定的工况下运行，推力瓦受力均匀，最高瓦温与最低瓦温相差在1℃～2℃内，上导摆度在0.10mm以内，下导摆度在0.15mm以内，水导摆度在0.10mm以内，机组运行稳定、安全、可靠。这种在机坑内以水轮机大轴确定机组中心、机组轴线的垂直度和轴线的盘车计算方法，对同行业具有一种新的参考借鉴意义。

〔1〕刘万均.二滩水电站机组轴线的调整〔J〕.四川水力发电，2000，(06).