高水頭混流式機(jī)組的瓦隙計(jì)算與調(diào)整

劉 峰

(四川華能涪江水電有限責(zé)任公司,四川成都 610041)

1 概 述

當(dāng)機(jī)組軸線經(jīng)盤車檢查合格及推力軸瓦受力調(diào)整符合要求后,即可進(jìn)行導(dǎo)軸承的安裝和調(diào)整工作。由于機(jī)組的中心線與旋轉(zhuǎn)中心線并不重合,因此,當(dāng)機(jī)組中心確定后,在調(diào)整導(dǎo)軸瓦間隙時是以機(jī)組實(shí)際旋轉(zhuǎn)中心線為基準(zhǔn)、結(jié)合設(shè)計(jì)圖樣的間隙要求和機(jī)組合格的盤車擺度值來分配各部軸承的瓦隙,其安裝質(zhì)量直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行。對于懸式機(jī)組,一般有上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)三個導(dǎo)軸承時,如果這三個導(dǎo)軸承同心(或與旋轉(zhuǎn)中心重合或平行),那么,大軸旋轉(zhuǎn)起來就不會出現(xiàn)局部受力過大的情況(俗稱憋勁);但如果三個導(dǎo)軸承不同心,則機(jī)組就不會正常運(yùn)行,故導(dǎo)軸承瓦隙計(jì)算和調(diào)整在機(jī)組的安裝與檢修工作中是一道非常重要的工序。

2 高水頭混流式機(jī)組瓦隙計(jì)算與調(diào)整常見問題

常規(guī)高水頭混流式機(jī)組在安裝和檢修過程中,瓦隙調(diào)整一般以機(jī)組軸線調(diào)整后的盤車數(shù)據(jù)作為依據(jù),并以上導(dǎo)軸承為旋轉(zhuǎn)中心。按照由上而下的原則:(1)上導(dǎo)軸承瓦隙按設(shè)計(jì)間隙均勻調(diào)整;(2)下導(dǎo)和水導(dǎo)瓦隙根據(jù)盤車擺度按作圖法或計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算。此方法簡單明了,一般混流式機(jī)組的安裝和檢修皆按此方法進(jìn)行。

對于高水頭混流式機(jī)組,水輪機(jī)止漏環(huán)間隙很小(＜1.0mm)。為保證機(jī)組在運(yùn)行中轉(zhuǎn)輪和止漏環(huán)不發(fā)生碰撞,水導(dǎo)軸承一般采用筒式瓦結(jié)構(gòu)(單邊瓦隙 ＜0.5mm),該結(jié)構(gòu)瓦隙固定,在機(jī)組運(yùn)行過程中瓦隙不會發(fā)生改變。因此,在安裝過程中對水導(dǎo)瓦的調(diào)整僅能根據(jù)盤車擺度整體推動筒式瓦,最后在現(xiàn)場采用手動鉆鉸定位銷孔的辦法進(jìn)行水導(dǎo)瓦隙調(diào)整。但在檢修過程中無法再次鉆鉸定位銷孔,只能結(jié)合盤車數(shù)據(jù)采取現(xiàn)場整體平移發(fā)電機(jī)軸的方法以基本滿足水導(dǎo)瓦隙調(diào)整的要求。

由于高水頭電站機(jī)組轉(zhuǎn)速高、軸徑比較大、穩(wěn)定性較差,而上、下導(dǎo)軸承瓦采用分塊瓦,水導(dǎo)軸承采用筒式瓦的結(jié)構(gòu),經(jīng)過一段時間的運(yùn)行,由于各部軸承受力不均,而上、下導(dǎo)瓦瓦隙發(fā)生改變,水導(dǎo)瓦隙保持不變,致使在水導(dǎo)處擺度不變的情況下,上、下導(dǎo)擺度越來越大,最終形成以水導(dǎo)軸承為旋轉(zhuǎn)中心的倒錐形旋轉(zhuǎn)軸系。由于旋轉(zhuǎn)中心發(fā)生改變,造成機(jī)組動平衡的穩(wěn)定性被打破,以至機(jī)組運(yùn)行一段時間后上、下導(dǎo)軸承處振擺明顯加大,嚴(yán)重影響機(jī)組安全運(yùn)行,進(jìn)而縮短了機(jī)組的運(yùn)行壽命。

能不能結(jié)合機(jī)組實(shí)際的運(yùn)行規(guī)律,根據(jù)機(jī)組的盤車擺度,以水導(dǎo)軸承筒瓦作為機(jī)組的旋轉(zhuǎn)中心,并根據(jù)矢量疊加的關(guān)系反算下導(dǎo)和上導(dǎo)軸承相對水導(dǎo)軸承的擺度,以解決高水頭電站瓦隙計(jì)算和調(diào)整的問題就擺在了我們的面前。經(jīng)過工程實(shí)踐,驗(yàn)明上述方法簡單可行,能有效解決高水頭電站機(jī)組擺度超標(biāo),減少機(jī)組振動,具有較高的實(shí)用價值。

3 高水頭混流式機(jī)組的瓦隙計(jì)算與調(diào)整方法

2008年以來,我們先后利用水導(dǎo)軸承筒瓦作為機(jī)組的旋轉(zhuǎn)中心,以機(jī)組原始盤車擺度數(shù)據(jù)反算下導(dǎo)和上導(dǎo)軸承相對水導(dǎo)軸承的擺度,利用AutoCAD并結(jié)合作圖法分配瓦隙的方法,成功地解決了木座水電站 2#機(jī)組、水牛家水電站 1#機(jī)組擺度超標(biāo)及后續(xù)陰坪電站 1#、2#機(jī)組機(jī)電安裝過程中瓦隙調(diào)整工作,機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定,效果較好?，F(xiàn)以木座電站 2#水輪發(fā)電機(jī)組 2008年進(jìn)行的檢修工作為例,詳細(xì)介紹了以水導(dǎo)作為機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心反算上導(dǎo)、下導(dǎo)瓦隙的計(jì)算方法。

3.1 木座電站 2#機(jī)組檢修前的運(yùn)行概況

木座電站 2#機(jī)組(單機(jī)容量 50MW,額定水頭 262.7m,轉(zhuǎn)速 500r/min,俯視逆時針旋轉(zhuǎn))于2007年 10月投入商業(yè)運(yùn)行。截至 2008年 6月,機(jī)組振動、擺度相對于投運(yùn)商業(yè)運(yùn)行之日發(fā)生了較大變化,機(jī)組上導(dǎo)軸承最大擺度 0.48mm,下導(dǎo)軸承最大擺度 0.44mm、振動 0.14mm(已嚴(yán)重超標(biāo))。鑒于此,我們于 2008年 6月對機(jī)組進(jìn)行了檢修,重點(diǎn)根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行規(guī)律重新調(diào)整了瓦隙以解決機(jī)組振擺超標(biāo)問題。

3.2 瓦隙計(jì)算與調(diào)整的實(shí)施方案

(1)確定機(jī)組停機(jī)時軸線的位移。

由于水導(dǎo)瓦采用 4塊拋物線瓦結(jié)構(gòu),因此,我們重點(diǎn)測量了拋物線瓦最小邊間隙,確定了機(jī)組軸線相對于水導(dǎo)軸承位移偏差。檢查水導(dǎo)軸瓦最小單邊間隙 ＞0.05mm(主要防止水輪機(jī)軸靠邊,后續(xù)無法調(diào)整),若單邊間隙 ＜0.05mm,則通過推軸頂轉(zhuǎn)子的方法推出間隙以滿足調(diào)整要求?，F(xiàn)場用塞尺測量了最小邊間隙,并通過架表撬軸的方法復(fù)核水導(dǎo)軸瓦間隙,通過計(jì)算確定了機(jī)組停機(jī)時軸線相對于水導(dǎo)軸瓦中心的位移,如圖 1所示。

(2)根據(jù)盤車記錄繪制相對水導(dǎo)的水平投影圖 (圖 2)。

根據(jù)木座電站 2#水輪發(fā)電機(jī)組的盤車擺度記錄(表 1),利用 AutoCAD繪制以上導(dǎo)軸承為旋轉(zhuǎn)中心的水平投影圖,然后通過線段的矢量疊加繪制上導(dǎo)、下導(dǎo)相對水導(dǎo)軸承的水平投影圖。

圖 1 水導(dǎo)瓦隙測量示意圖

表 1 木座水電站2#機(jī)組原始盤車數(shù)據(jù)表

3.3 利用 AutoCAD,結(jié)合作圖法分配上導(dǎo)、下導(dǎo)瓦隙(上導(dǎo)設(shè)計(jì)瓦隙 0.19mm,下導(dǎo)設(shè)計(jì)瓦隙0.15mm)

圖 2 以上導(dǎo)、水導(dǎo)為旋轉(zhuǎn)中心的機(jī)組水平投影圖

圖 3 上導(dǎo)和下導(dǎo)瓦隙分配圖

根據(jù)以水導(dǎo)中心為旋轉(zhuǎn)中心的機(jī)組水平投影圖,運(yùn)用 AutoCAD,利用常規(guī)瓦隙分配作圖法繪制上導(dǎo)、下導(dǎo)瓦隙分配圖(圖 3),并根據(jù)上述步驟實(shí)際的停機(jī)位置軸心偏移值進(jìn)行修正,調(diào)用 Auto-CAD測量命令,分別測量上導(dǎo)、下導(dǎo)各自對應(yīng)的瓦隙值,即為現(xiàn)場需調(diào)整的瓦隙值。

3.4 實(shí)施效果

通過上述方法進(jìn)行調(diào)整后,機(jī)組開機(jī)投入運(yùn)行,效果較好。木座水電站 2#機(jī)組上導(dǎo)軸承最大擺度降為 0.16mm,下導(dǎo)軸承最大擺度為 0.14 mm、振動為 0.07mm,水導(dǎo)軸承最大擺度為 0.06 mm,達(dá)到了預(yù)期的處理目的。

4 結(jié) 語

我國西部高山峽谷地區(qū)水力資源十分豐富,大部分水頭位于 200～500m之間。隨著技術(shù)的進(jìn)步,各水力發(fā)電設(shè)備生產(chǎn)廠商競相開發(fā)出了尺寸小、重量輕、轉(zhuǎn)速高、軸徑比大的高水頭混流式機(jī)組。由于該類型機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定性相對較差,對機(jī)組的安裝和檢修提出了更高的要求。筆者在文中介紹的方法能克服傳統(tǒng)瓦隙計(jì)算和調(diào)整的弊端,明顯提升機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性,控制現(xiàn)場的施工風(fēng)險(xiǎn),減少現(xiàn)場的施工難度。同時,舉一反三,在該方法的基礎(chǔ)上靈活運(yùn)用,還可根據(jù)機(jī)組的特性,以機(jī)組下導(dǎo)軸承為旋轉(zhuǎn)中心,反算上導(dǎo)和水導(dǎo)瓦隙以處理某些下導(dǎo)擺度嚴(yán)重超標(biāo)的機(jī)組。上述方法實(shí)施簡單,對于高水頭混流式機(jī)組的安裝及檢修工作具有較高的運(yùn)用價值。