抽水蓄能机组轴线测量调整浅析

樊卫彬，赵 锋，田 鹏，王 昆

（1.华东桐柏抽水蓄能发电有限责任公司，浙江 天台317200；2.安徽绩溪抽水蓄能有限公司，安徽 宣城242000；3.浙能绍兴滨海热电有限责任公司，浙江 绍兴312000）

1 引言

绩溪抽水蓄能电站位于安徽省绩溪县伏岭镇，设计安装6台单机容量300 MW的立轴、悬式、三相、50 Hz、空冷、可逆式同步式机组，年平均发电量30.15亿kW·h，年抽水用电量为40.2亿kW·h。电站以500 kV电压等级出线接入华东电网，在系统中担任调峰、填谷，调频、调相、黑启动和事故备用等任务。

机组轴线顾名思义指的是机组旋转大轴的几何中心线，包括集电环轴线、发电机主轴线、发电机与水轮机连轴线。机组中心的确定和轴线测量调整是安装、调试工作中很重要的一项内容，轴线误差是否越限直接影响机组运行的安全稳定性，若机组的轴线出线倾斜或折线异常情况，则机组在回转过程中的振动就会加大，甚至导致机组转动部分和固定部分碰撞损坏。机组安装过程中需通过挂钢琴线的方法来确定并调整机组轴线；机组总装完成后，需要通过盘车来测量有关部位的摆度值，进而分析轴线产生摆度的原因、大小和方向，通过刮削、垫高等措施，使机组轴线各部位的振动摆度值调整到所允许的范围内。

2 盘车测量

2.1 所需设备

（1）百分表：8个，分别设置在推力头、上导轴领、发电机法兰处、下导轴领的+X、+Y方向。

（2）盘车工具：1套

2.2 测量前的准备工作

（1）检查各导轴承轴领及其导轴承瓦工作面，其表面应干净，无任何灰尘以及异物。

（2）再次核查镜板水平度误差不大于0.02 mm/m，大轴倾斜度误差不大于0.02 mm/m。

（3）从上到下分别在集电环、推力镜板、上导轴领、下导轴领、发电机主轴和水轮机轴法兰、水导轴领处，沿圆周划分等分线，上、下各部位的等分线应在同一方位上，并分别按逆时针方向从1～8进行编号。

（4）在各测量部位X、Y方向以及镜板径向、轴向，各设置1块百分表，表头应与所测量部位的表面垂直，且上、下百分表都在同一方位上。要求百分表大指针对0，且小指针有2～3 mm的压缩量。

（5）在机组轴系处于自由状态下，分别按单侧间隙0.02～0.03 mm抱紧相邻瓦间互成90°夹角的4块上导瓦，抱瓦前应在各导轴承瓦工作面上抹上干净的透平油，抱瓦时应用百分表监视相应位置处轴位移情况，以防止抱瓦过程中机组转动部分中心发生改变。

2.3 盘车

（1）在上、下导轴承处各放置4块导瓦来固定大轴。

（2）开启高顶系统，检查高顶系统工作正常。

（3）在现场盘车时，为了便于计算，一般先调整瓦间隙，使得在盘车时上导百分表读数为零。绩溪电站1号机的上导瓦间隙是通过楔形块进行调整。具体做法是手动带紧上导瓦螺栓，然后进行盘车，检查上导百分表在各点读数均为零。为防止上导瓦抱死，严禁用扳手施加力矩。

（4）采用机械制动装置外接油压顶起转子，落下转子，将所有百分表校对零位。开启高压油顶系统，按机组旋转的方向，转动机组转动部分，每转到一个等分位，退出高压油顶系统，同时读取各部位测点百分表的读数并记录。

（5）根据各部位百分表读数，换算出机组各测量部位刚性状态下的摆度值，是否符合GB/T8564-2003第9.5.7第c条的规定；同时，其镜板轴向摆度值是否符合GB/T8564-2003第9.5.7第d条的规定。

（6）盘车过程中，每旋转转动部件180°时，测量定、转子之间的空气间隙，计算定子相对于转子的同心度不大于0.20 mm。

（7）盘车过程中，检查水轮机止漏环环间隙，根据测量数据对转动部件中心进行必要的调整，合格后楔紧转轮，确保转动部分不再移动。

表1 绩溪发电机参数

2.4 盘车测量

由于抽蓄机组转动惯量过大，人工盘车时无法准确的及时停下，为了保证读数的准确性，可利用手机进行录像，然后进行读数。

对于盘车应保证在机组转动一周后百分表读数能够可靠的回0；如果不回0，则其值也应不大于0.05 mm。

对悬式机组来说，当发电机轴线与推力瓦面不平行时，当机组回转180°时，轴线的倾斜方向就会转到相反的方向。同时由于上导轴承处存在间隙，则在机组转动时轴线则在轴承间隙范围内发生位移，则上导轴承的百分表读数实际为轴线的径向位移e，而发电机法兰处的读数j实际为轴线的倾斜值与轴线位移之和。

图1 轴线测量关系示意图

（1）上导处全摆度

式中φa为上导处全摆度，mm；φa、为上导旋转后读数，mm；φa0为上导初始读数，mm；e为主轴径向位移，mm。

（2）法兰处全摆度

式中φb为法兰处全摆度，mm；φb'为法兰旋转后读数，mm；φb0为法兰初始读数，mm；j为上导与法兰之间的轴线倾斜值，mm。

（3）净摆度

同一测点上下两部位全摆度之差称为净摆度，法兰处净摆度为：

式中φba为法兰处的净摆度，mm。

由于轴线的倾斜值是根据理想中心线进行确定的，则倾斜值为φba/2=j

同理，以此可以算的4个测点方向上的净摆度。

表2 1号机发电机+Y方向盘车记录单位：0.01 mm

表3 1号机发电机+X方向盘车记录单位：0.01 mm

则根据由式（1）、（2）、（3）可知，最大的倾斜值在测点“5”+Y方向j=0.155 mm、净摆度为0.31 mm，+X方向j=0.16 mm、净摆度为0.32 mm。

所以下导最大的倾斜值为5号点，由于推力头与发电机轴始终呈90°，故推力头最低点为与5号点呈180°的1号点。

表4 发电机参数

3 轴线调整

根据厂家指导意见，现场选择在推力头和镜板之间加不锈钢垫片来调整下导摆度（见图2）。

3.1 垫片调整量计算

如图3所示，根据三角形相似原理可知：

式中：L1为镜板与推力头之间所需减少垫片的厚度，mm；φ为发电机法兰处得净摆度，mm；D为镜板上端直径，mm；L为两测点距离，mm。

3.2 机组轴线调整

（1）首先拆除推力头和镜板之间的连接螺栓。（2）风闸的顶转子腔用电动试压泵打压，将发电机转动部分顶起，使得推力头和镜板分离。

（3）去除推力头和镜板之间的销钉，防止推力头和镜板发生相对转动。

（4）在事先标记的“1”测点向“5”测点从高到低过渡加0.05 mm、0.03 mm的垫片，根据往常轴线调整经验，对于加垫调整轴线的机组一般加垫加到镜板中心线，详见图2、图3。

（5）将推力头与镜板重新组装，再次盘车测量发电机法兰处的摆度，数值处于合格范围内。

图2 推力头与镜板间加的调整垫片图

4 结论

机组轴线测量、调整是新机组安装完成后必不可少的一项工作，安装过程中虽然通过钢琴线找中心方法确定中心，但由于安装工艺或者主轴本身的原因往往会出现轴线曲折或者倾斜的情况，故在安装后通过盘车进行轴线测量，进而结合实际情况采取刮绝缘垫、刮卡还、加垫片等方式进行调整，绩溪电站1号机组采用了增加不锈钢垫片，为后续5台机组的投运积累经验，同时为其他电站机组轴线测量调整提供借鉴。