中国水利水电第十一工程局有限公司安装分局 河南郑州 450001
摘要：文章通过楚卡斯电站水轮发电机组盘车，介绍了刚性盘车轴线调整方法和主轴法兰刮研工艺，为类似机组提供了借鉴。
关键词：刚性盘车；高压油顶起；轴线调整；法兰刮研；下拆式转轮
1.概述
按动力来源不同，盘车分为人力盘车、机械盘车和电气盘车三种类型。人力盘车是用人工推动转动部分，每次转过45°，进行一次有关的测量及记录。机械盘车是利用桥式起重机，经过滑轮用钢丝绳拉动机组的转动部分或利用电动机械盘车工具转动机组转动部分，仍然是每转45°测量一次。电气盘车则是利用发电机的定、转子线圈，对线圈改接后每通电一次使转子旋转45°。不难想象，中小型机组多用人力盘车，大中型机组则用机械或电气盘车。
从理论上说，发电机轴与水轮机轴连接以后，轴线应当是一条直线，悬式结构的机组，轴线还应当是一条铅垂的直线。但实际情况受各种因素的影响，制造和安装的误差很可能使机组轴线倾斜，也可能形成一条折线。实际轴线究竟如何，是否在允许的误差范围内，需要通过盘车来检查，并在盘车过程中调整机组轴线。如果机组轴线不符合要求，就必须针对它的倾斜及折弯情况进行处理，调整机组轴线直到符合要求为止。反复检查、反复调整是盘车的必然过程。
楚卡斯电站机组单机容量25MW，额定转速225 r/min，发电机为立轴悬式结构，转子上方设有上导轴承、推力轴承，转子下方设有下导轴承。推力轴承为刚性支撑结构，机组轴系由发电机轴和水轮机轴两段轴联接，推力头热套于发电机轴最顶端。推力轴承设置有高压油顶起装置，因此机组盘车采用人力盘车，在推力轴承高压油投入状态下由处于推力头位置的4人利用加长杆推动机组转动，撤除高压油后读数记录。投入推力轴承高压油系统采用人力盘车的优点：一操作简单方便；二施加外力小且对称均匀，减小外力对盘车数据的干扰；三盘车时停点定位准确，撤除高压油后，机组转动部分处于自由状态读数精度高。
2.机组轴线调整
盘车前，一确认镜板背面高程符合设计要求，镜板水平度小于0.02mm/m，测量各推力瓦受力均匀；二测量调整机组转动部分中心（通过转轮止漏环和定转子空气间隙确定机组中心）符合要求。以楚卡斯2#机组盘车为例，属于刚性盘车，悬吊式机组刚性盘车要求用4块上导轴瓦固定上导轴颈的转动中心，其间隙不得大于0.03～0.05mm，且四周应均匀一致。上导至镜板距离0.3m，下导至镜板距离3.775m，水导至镜板距离7.927m，推力头直径1530mm，镜板直径1630mm，法兰直径995mm。
盘车数据记录在高压油撤除后进行，在X、Y轴方向的盘车摆度数据应一致，转完一周后百分表应接近回零。2#机组第一次盘车数据见下表1。
表1 第一次盘车数据，单位0.01mm
表2 第一次盘车全摆度和净摆度，单位0.01mm
根据表1的盘车数据做出的曲线接近正弦曲线，且各部位百分表回零点读数接近零，表2所计算出的上导、下导X、Y轴的摆度数据趋势一致，说明盘车数据准确无误。
图一是根据表1的盘车数据作出下导的最大摆度点，Φ5、Φ6分别是5、6点的净摆度值，Φ是最大摆度的方向和大小，利用三角函数计算可见最大摆度在5、6点之间与5点夹角为22.5角，最大摆度值为0.1624mm，倾斜值为0.0215mm/m，，水导倾斜值为0.0069mm/m，但摆度点在1点与下导几乎相反，说明主轴联接存在折线。下导倾斜值偏大应首先考虑通过处理镜板与推力头之间的绝缘垫减小下导倾斜值，相应的水导倾斜值将变大。利用下式计算镜板与推力头之间绝缘垫的刮削量X = DA / L ，X为绝缘垫的刮削量；D为镜板与推力头把合面的直径；A为下导轴领处的倾斜值；L为镜板与推力头把合面至下导轴领处的测点距离。.png)
通过上式计算出X值为0.032mm考虑到下导与水导倾斜值方向相反，最终确定刮削0.015mm，刮削下导净摆度最大值的一侧（5点偏6点22.5度角方向），对绝缘垫的刮削按图进行分区刮削，净摆度最大值点对应分区的刮削量为0.015mm，其他各区按照相似三角形法则进行计算。.png)
完成镜板与推力头之间绝缘垫刮削后，进行第二次盘车，第二次盘车后X轴的全摆度和净摆度见下表
表3 第二次盘车全摆度和净摆度，单位0.01mm
表3净摆度数据表明下导最大摆度为0.07mm，6点为最大倾斜点，倾斜值0.0093m
此时下导的摆度已满足规范要求且优良。水导的盘车摆度比第一次增大，是刮研镜板与推力头之间绝缘垫的结果，从表中数据分析同样方法利用三角函数计算得水导最大摆度0.272mm，在1、2点之间与1点的夹角为5.7度，水导倾斜值为0.0172mm/m。此时下导摆度已完全满足要求，要使水导摆度变小，此时通过数据分析可对水轮机轴和发电机轴的联轴法兰进行刮研，减小水导摆度而满足要求。
利用相同公式（三角形相似关系）计算联轴法兰处刮削量 X=D J/L .png)
X为联轴法兰刮削量；D为联轴法兰直径；J为水导轴领处的最大倾斜值；L为联轴法兰面至水导轴领处的测点距离。通过计算得出最大摆度在1、2点之间与1点的夹角为5.7度，最大倾斜值为0.136mm，计算法兰刮削量为0.0478mm，最大刮削位置与最大摆度点相反，即在5、6点之间与5点的夹角为5.7度。根据计算结果确定法兰最大刮削量为0.05mm，下导和水导倾斜值相反因此微量的多刮削有利于下导和水导倾斜趋势一致。
完成法兰刮研后，进行第三次盘车，第三次盘车后X轴的全摆度和净摆度见下表
表4 第三次盘车全摆度和净摆度 单位0.01mm
表4净摆度数据表明下导与第二次盘车结果基本一致，下导6点最大摆度为0.07mm，发电机轴倾斜值为0.0093mm/m，第三次的下导的盘车数据有少量变化，在盘车数据变化的误差范围内，属于正常现象。水导最大摆度在1、8点之间，与1点的夹角为22.5度，同样利用三角函数计算得最大摆度为0.108，水轮机轴倾斜值0.0068mm/m，是刮研水轮机轴法兰的结果。此时水导、下导倾斜值均满足国家规范要求（不大于0.02mm/m），且优于国家规范和制造厂家的技术要求。
3.法兰刮研
楚卡斯电站水轮机转轮为下拆式，因此刮研水轮机轴法兰面较为方便，将水轮机锥管拆除，利用吊装工具将水轮机轴和转轮共同落在转轮检修平台小车上，此时水轮机轴上法兰与发电机轴下法兰之间距离为1.5m，方便法兰刮研的操作。法兰刮研采用砂布打磨，采用长1200×80mm的打磨块包上砂布进行，并用外径千分尺和千分表对打磨数据进行测量及控制。具体工艺如下：根据盘车数据计算得出最大打磨量为0.05mm，确定法兰打磨分区为5个区域，其中5号区域打磨0.05mm，4号区域打磨0.04mm，3号区域打磨0.03mm，2号区域打磨0.02mm，1号区域一半打磨0.01mm其余不做打磨。为方便测量控制，确定打磨顺序为5→4→3→2→1，必须一个区域打磨处理完成后，再进行第二区域打磨。在打磨区域内，先用1.2m长的打磨块包裹上砂布进行试磨，试磨区域选择在打磨量最大的区域内。试磨前利用外径千分尺准确测量法兰厚度不少于均布10个点。试磨时，长形打磨块两侧各站2人均匀推动打磨块，记录打磨次数和时间。利用外径千分尺测量并记录，测算出打磨量，以此估算同一区域需要打磨的次数及时间。开始正式打磨，按照估算的打磨次数进行打磨，利用千分尺测量法兰打磨量，千分尺无法测量的区域，利用磁力表座配合千分表推移法，测量整个区域的打磨量，确认是否满足要求。如此顺序打磨完成所有区域后，对法兰面进行整体抛光处理，完成打磨处理工作。再用刀口尺对整个法兰面进行全面检查，看有没有遗漏的高点等。如果有，再用水磨砂纸进行适当处理，直致合格为止。
4.结语
本文以楚卡斯2#机组为例介绍了立式悬吊式机组刚性盘车，说明有推力轴承高压油顶起系统的盘车方式，转轮下拆式机组法兰刮研的便捷性及刮研方法。利用作图的几何方法和数学三角函数的知识，对盘车数据进行分析计算确定了机组轴线调整的方案，为类似机组提供借鉴。此刚性盘车的轴线调整方法对中小型立式悬吊式水轮发电机组具有广泛的适用性。
参考文献：
[1]单文培《水轮发电机安装与日常检修》中国电力出版社
[2]陈造奎《水利机组安装与检修》中国水利水电出版社
[3]《水轮发电机组安装技术规范(GB/T 8564-2003)》中国标准出版社出版
论文作者:张波
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/9/29
标签：机组论文; 盘车论文; 法兰论文; 推力论文; 轴线论文; 水轮机论文; 区域论文; 《基层建设》2016年13期论文;