一种混流式机组的大轴中心调整方法

王 佩，王 超

（1.五凌电力有限公司，湖南 长沙 410004；2.湖南省水电智慧化工程技术研究中心，湖南 长沙 410004）

1 概述

水轮发电机是一个由水能转换为旋转机械能，又由旋转机械能转换为电能的机器。在水轮机组的运转过程中，如果水轮机转轴中心不正，可能造成机组导轴承轴瓦局部间隙偏小，从而导致轴承瓦温度过高、机组振动幅度过大、机组部件磨损等一系列问题，给机组的安全稳定运行带来严重的威胁。在混流式水轮机组的检修过程中，因为检修作业等各种因素的影响，大轴中心的位置可能发生偏移，具体体现在迷宫环的间隙不合格，根据三板溪电厂机组设计规范，机组的迷宫环间隙应不超过平均间隙。因此，在检修过程中，需要定时测量迷宫环的间隙，如果发现大轴中心发生偏移，必须对大轴中心位置重新调整，从而确保检修质量。

2 传统的大轴中心调整方法及其出现的问题

在检修过程中，如果检测时发现迷宫环间隙不合格，可以先基于测得的数据，判断大轴的主要偏移方向及偏移量，再将相应位置的下导轴承瓦抱瓦的条件下，通过百分表的监测，敲击下导轴承瓦的调整楔子板，将下导轴承瓦推动需要调整的量，其中，抱瓦指的是大轴与轴承瓦处于刚好接触的状态，具体操作为敲击楔子板使轴承瓦靠近大轴，直到监测的百分表读数为0.01 mm，表示轴承瓦与大轴恰好贴合。然后，再通过顶转子油泵将大轴顶起，使大轴在重力的作用下自由落下，在下落的过程中，大轴在下导轴承瓦的限制下发生偏移，从而将大轴中心调整到合适的范围内。

在三板溪水电厂1号机组检修过程中，测得上、下迷宫环的间隙值如表1所示，其中，上、下迷宫环各测点的位置如图1所示。对上、下迷宫环间隙测量值分析可知，大轴的中心发生了偏移，主要的偏移方向为6号测点方向，其中上迷宫环在2号测点方向与平均值的偏差为0.35 mm，在6号测点方向与平均值的偏差为-0.4 mm，即上迷宫环在2号～6号测点方向与平均值的总偏差为0.75 mm，同理，下迷宫环在2号～6号测点方向与平均值的总偏差为0.92mm，总偏差值的一半即为大轴中心的偏移量，综合上、下迷宫环间隙数据可知，大轴中心向迷宫环6号测点方向的偏移量约为0.4 mm。调整过程为，通过百分表的监视，将6号测点对应的2号和3号下导轴承瓦在抱瓦状态下推动40丝，即将大轴中心往2号测点方向回调0.4 mm，其中，三板溪电站下导轴承瓦的编号位置如图2所示。调整后，测得上、下迷宫环间隙如表2所示。经计算可知，调整后的大轴各方向的偏差均在允许误差范围内，满足机组安全运行的要求。

表1 迷宫环各测点间隙测量值

图1 迷宫环测点编号位置

图2 下导瓦编号位置

表2 调整后迷宫环各测点间隙测量值

但是，在未进行任何作业的前提下，第2 d复测时，却发现大轴中心又出现了一定的偏移，超出了允许的偏差范围，按照前文所述的方法重新调整合格后，在第3 d复测时发现，迷宫环间隙再次发生了变化，所测得的迷宫环间隙如表 3 所示，根据计算结果分析可知，第3 d的复测结果虽然勉强满足了10%的允许偏差要求，但是大轴中心与调整后的数值相比出现了明显的偏移。

表3 调整后迷宫环各测点间隙测量值

3 传统调整方法缺陷分析

对大轴中心调整一段时间后，迷宫环间隙将发生变化的原因进行分析得知，传统的大轴中心调整方法存在以下缺陷：在用下导轴承瓦推动大轴时，大轴的受力方向与其重心并不在同一水平线上，因此，大轴在力矩的作用下会存在一定量的倾斜，从而造成推力轴承受力不均，使得推力轴承的弹性油箱发生变形，而当大轴在自重的作用下落到最低点并在下导轴承瓦的限位下完成中心调整过程以后，作用在大轴上的力矩消失，弹性油箱开始恢复，然而，弹性油箱的恢复并不是即时的，因此，虽然在调整完成后测得迷宫环的间隙合格，但是，大轴中心在弹性油箱的恢复过程中将发生变化，从而导致第2 d复测时迷宫环间隙不合格。此外，在传统的大轴中心调整过程中，只通过一个方向的轴承瓦来推动大轴，并没有限制大轴向其他方向的移动，因此，调整方向具有不确定性。结合表3 中第二次调整后的复测数据可知，虽然迷宫环的间隙勉强满足了设计规范的要求，但是在将大轴中心从6号测点往2 号测点方向调整的同时，也在4 号测点往8号测点的方向出现了偏移，如果偏移量再增加也可能导致调整后的迷宫环间隙超出允许的偏差范围。

4 改进方法提出及应用

基于传统大轴中心调整方法存在的不足，提出以下改进方法：主要的思路是通过在上导和水导处增加辅助限位配合进行大轴中心调整，通过上导、下导和水导同时限位，可以有效的减小调整时与重心的力矩。同时，在推轴方向的两侧也增加限位，保证大轴基本只能向调整方向运动，具体的操作过程如下：假设确定的推轴方向为+X轴方向，先使-X，+Y，-Y方向对应的上导轴承瓦和水导轴承瓦处于抱瓦状态，其中+Y，-Y方向的抱瓦位置应选择略小于直径并靠近-X方向，既能限制大轴中心调整过程中大轴向+Y，-Y方向发生偏移，又不会因抱瓦阻碍大轴向+X轴方向移动；然后，再按照传统的调整方法推动-X方向的下导轴承瓦，此时，大轴在上导和水导轴承瓦的限位下既不会发生倾斜，也不会往其它方向移动，其示意图如图3所示。通过改进的调整方法对表3所测得的迷宫环间隙进行调整，分析可知，大轴需要往2号测点方向调整15丝，因此，先抱住上导轴承的1号、3号、10号、12号轴承瓦以及水导轴承的5号、7号、8号、10号轴承瓦，然后将下导轴承的6号轴承瓦在抱瓦的状态下推动15丝，其中，上导轴承和水导轴承的轴承瓦编号及位置如图4 和图5所示。

图4 上导轴承瓦编号

图5 水导轴承瓦编号

经过改进的大轴中心调整方法实施后，测得数据如表4所示，分析可知，上、下迷宫环的间隙值均合格且在限制的4 号和8 号测点方向的变化量很小，同时，第2 d复测时间隙与调整后的数据基本一致，偏差仅在2丝以内，说明改进的大轴中心调整方向有效地解决了原始方法存在的问题，取得了良好的效果。

表4 最终调整后迷宫环各测点间隙测量值

5 结论

水轮机组转轴的中心处于允许的范围内，是水轮机安全运行的基本要求，也是确保检修质量的前提，具有重要的意义。本文结合三板溪电厂检修中遇到的实际问题，分析了原有的大轴中心调整方法的缺陷，并提出一种改进方法，应用结果表明，该方法避免了大轴在调整过程中可能发生倾斜以及调整方向不确定的缺陷，起到了良好的调整效果，对于缩短检修时间，提高检修质量具有重要的价值。