简析水轮发电机组盘车.docx

简析水轮发电机组盘车哈尔滨电机厂有限责任公司 王胜超摘要：本文以小浪底水电站机组的盘车测量轴线为例，着重阐述机组的盘车作为机组安装检查的工序之一始终起着一定的作用。随着水电技术的发展，其所起的作用也发生了一定的变化，尤其是机组结构的改变，结构的特殊性也决定了盘车方式的特殊性，这种结构 的特殊性对传统的盘车方式提出了疑问，对大型电站的机组安装具有很大的借鉴作用。关键词：自由膨胀 摆度 弹性盘车 弹性支撑力方式，使得径向力变为切向力传递给机坑混凝土，改善了混凝土基础的承载情况，同时上机架所受径向力在上机架内 部部分转化为内应力，上机架在垂直方向，通过8个圆柱形 支墩安置在定子机座的环板上，8个圆柱形支墩承载着上机 架全部的轴向负荷和部分径向负荷。这种结构曾经在天生桥 电站成功应用。0 引言小浪底水电站是我国黄河上建成的一座大型水电站，电 站总装机容量1800mw，共装有六台单机容量300mw的混流式 水轮发电机组。年发电量58.5108kwh，电站以防洪为主， 兼顾调沙、发电、灌溉及下游供水等多项任务，同时担负系 统调峰作用。该项目 6 台机组于 2000年 -2002 年 1月全部投 入运行，目前机组运行状况良好。2 机组的盘车机组轴线的测量与调整是机组安装过程中的工序之一。 机组在制造和安装过程中形成的误差，只有经过盘车检查， 才能确定是否满足机组安全运行要求。以小浪底机组为例， 其为五段轴结构，在安装过程中由于法兰止口的径向偏差、 法兰面加工时的水平偏差以及安装过程中形成的累积误差， 会使机组形成一条曲折的空间曲线，如下图1 所示。而实际 设计其为一条理论直线，如图2 所示。这样在机组运行过程 中，如果机组轴线是一条空间曲线，那么不可避免的会使各 部件产生偏摆，这样由导瓦确定的其理论运行空间变小，进 而在运转过程中轴系会产生径向平移，从而会导致导轴承负 荷的加大（除正常水推力和不均衡磁拉力外的力），当这种 情况达到一定程度时，对于三部导轴承的机组，三部导轴承 摆度范围超出或足以破坏油膜时，导瓦的损伤就不可避免， 因而机组总装过程中盘车检查是一项重要工序。机组的轴线检查就是通过机组的旋转，利用测量手段确 定各连接部件组合的几何中心线，以及该中心线与镜板工作 面及法兰结合面构成的空间角度关系，从而减小推力头端面 与轴系中存在的不垂直度，进而使得水导及各部件摆度减 小，使得机组运行时偏摆减小，正是这样，才会使推力轴承 不均匀负荷变小，各部导轴承受力均衡且不受轴系径向位移1 机组轴系构成及上机架结构小浪底水电站机组为半伞式机组，有上导、下导、水导 三部导轴承，推力轴承位于转子下方，机组轴系由顶轴、转 子中心体、发电机轴、水轮机轴和转轮组成，为五段轴结构。 其中下导轴承为发电机主承载轴承，主要支撑推力负荷和作 为主要的径向荷载轴承。上导、下导轴承安装在上、下机架中心体内，均为分块 瓦结构，共有各12块导轴瓦，导瓦支撑方式为楔子板结构， 设计抱瓦间隙0.150.20mm（单边）。水导瓦轴承安装在顶盖 中部，也为分块瓦结构，共有八块导轴瓦，导瓦支撑方式亦 为楔子板结构，设计抱瓦间隙 0.200.35mm（单边）。上机架由中心体和四个支臂组成，整个上机架是井字 型钢板焊接结构，支臂为十字对称垂直分布的支脚，四个 支脚通过八个切向键与机坑预埋支点结合，径向端面有间 隙，支臂截面为工字钢型。这种结构支脚与预埋支墩通过 切向键传递径向力，使得上机架径向可以自由膨胀（小范 围），在上机架有热膨胀变形时不会受约束而产生热应力， 支点处切向平面与基础板切向键紧接触（经研配为面接 触），约束其切向变形，从而改变了上机架和机坑混凝土受2012.4 54图 1 图 2电工文摘 / 技术交流的影响，这样机组才能可靠运行，当轴线尽可能与一条直线接近时，机组运行越平稳。 机组的轴线检查是通过盘车方法检查的，盘车以其转动方式分为机械盘车和电动盘车，前者适用于小型和中型机 组，操作起来较复杂，需要有盘车工具和较多的人力或机械 设备，后者适用于中大型机组，操作起来较方便，即在定转 子绕组内通入电流，利用磁拉力转动转子，进行摆度测量， 设备较简单，小浪底水电站发电机组采用电动盘车方式。盘 车以其推力支撑方式分为刚性盘车和弹性盘车，较传统的盘 车方式大多采用刚性盘车，弹性盘车方式只是做为刚性盘车 的一种检测手段在使用，随着水电技术的发展，越来越多的 弹性支撑结构的出现，以及发电机组容量的增大，弹性盘车 方式已经越来越多地被采用，正是由于其在机组运行中的自 调性能，以及其受力的均衡性，使得水电技术得到了长足的 进步。盘车时的抱瓦方法，传统式盘车悬式机组抱上导瓦4块， 抱瓦间隙0.03mm0.05mm，伞式机组抱上导、水导瓦各4块， 抱瓦间隙0.03mm0.05mm，有时用临时性的盘车瓦，盘车时 同时测量镜板的轴向跳动量。随着机加工行业的不断进步， 机组的盘车方式和轴线调整也在不断进步与完善，比如制造 厂生产加工时，部件在机床上已经进行摆度检查，同时大的 机组水轮机和发电机轴已经进行同膛加工，来保证其直线 度，以减小机组的摆度等。盘车前，检查盘车装置，机组轴系已经连接完毕，机组转动部分处于中心位置，迷宫环间隙均匀，在轴系各测量部 位已经做好标记（在圆周方向均分八个测量点，在测点用记 号笔做好标记），保证各部位标记位置一致。测量部位见图2，分别选在上导、下导、水导、法兰和镜板端面，表记设 在+x和+y方向，同时在定子机座和上机架的+x和+y方向设 置表记，监测盘车时它们的变形。2）机组盘车 区别与传统的机械盘车方式，电动盘车越来越多地被采用到大型机组，小浪底水电站机组盘车采用电动盘车，盘车 时定子电流：2500 200a，转子电流：500 100a，定子电 压：1824v，转子电压：1618v。盘车开始时，转动第一 圈不记录，第二圈开始记录。百分表值一律设定为5.00，读 数时读取实际读数(如4.95,5.09),机组连续转动4圈，记录 后三圈记录，最后停在初始位置，记录表记回零情况。机组 盘车过程中每转动一个位置，检查一次迷宫环间隙并注意监 测定转子气隙。盘车结果如果超出gb8564-88 要求，应根据 实际测量结果及轴线曲折情况调整轴线。4 小浪底水电站机组的盘车过程小浪底电站6#机盘车时应德国voith公司要求发电机单 独盘车，盘车合格后水轮机与发电机连轴，连轴后采用抱上 导和水导方式盘车，在发电机单独盘车过程中，发现发电机 摆度很小（见表1），而且镜板最大跳动量为0.05mm，由于发 电机部件在厂内机加工时找过摆度，发电机单独盘车效果不3小浪底水电站机组的盘车工艺1）盘车准备2012.455电工文摘 / 技术交流明显，经现场各方同意，取消发电机单独盘车，连轴结束后整体盘车。 第一次整体盘车，盘车时上导瓦和水导瓦抱瓦间隙为0.03mm，所有轴领垂直度0.03mm/m。盘车过程中发现，监 测定子机座和上机架的+x和+y方向位移的表记数值变化较 大，证明它们的变形较大，给电瞬间定子最大径向跳动：+x 方向：0.50mm，+y 方向：0.30mm；上机架最大径向跳动：+x 方向：0.24mm，+y 方向：0.16mm。盘车数据记录（+x 方向） 见下表 2。换算后机组摆度超出国标要求，下导摆度已经达到0.35mm，换算结果见表 3，综合分析数据，制造厂安装人员 与工程师代表、安装单位均认为摆度数据偏大，镜板轴向跳 动量远远低于国标要求，考虑到定子和上机架径向跳动量所 反映出的上机架结构的特殊性(径向力转换为切向力结构， 且具有自由膨胀性)，现场各方决定改变盘车抱瓦方法，由抱上导、水导改为抱上导、下导，这恰恰是发电机单独盘车时的抱瓦方式，在其他电站是很少见的。 第二次整体盘车，盘车时上导瓦和下导瓦抱瓦间隙为0.03mm，所有轴领垂直度0.04mm/m。盘车过程中发现，定 子机座和上机架的 +x 和 +y 方向设置表记，监测盘车时它们 的变形较较小，盘车数据记录见下表 4。换算后机组摆度较小，满足国标要求，换算结果见表5， 而且+x和+y方向数值比较接近，证明其数值的可靠性，镜 板轴向跳动量 0.06mm，小于国标要求。盘车后机组回装， 机组单边抱瓦间隙为：水导 0.20mm 下导 0.18mm 上导0.15mm。机组安装后，于 2000 年 1 月 3 日并网发电至今，机 组运行平稳，机组摆度、振动较小，各项指标均达到优良。 在后续五台机组安装中，都采用了抱上导下导瓦的盘车方 式，得到的结果与实际运行情况相对比都显示盘车结果是可 靠的，虽然在小浪底6 台机中有一台机组盘车时，由于水轮2012.4 56电工文摘 / 技术交流机轴和发电机轴止口有一侧出现靠紧现象，但水轮机轴和发电机轴进行轴向平移消除这一现象后，重新测量结果显示是 与其他机组结果一致的。实践证明此种盘车方式是可行的。经过几次盘车结果综合分析，可以发现镜板的轴向跳动 量基本一致，同时发电机单独盘车与整体盘车数据一致，这 表明对于弹性盘车来说，盘车抱瓦方式并不是决定盘车摆度不同的一个因素，传统的伞式机组抱瓦方式并不是一成不变的，另外，传统的伞式机组如果具有三部导轴承，其往往是 上导和水导做为主要承载轴承，而下导做为辅助支撑轴承， 因而其往往是选择上导和水导做为盘车的抱瓦对象，而对于 下导轴承作为主要承载轴承的机组，抱瓦方式也应相应调 整，小浪底电站恰恰就是这样。2012.4 57电工文摘 / 技术交流近年出现的弹性盘车，由于弹性支撑结构对于轴向负荷的随动性，其具有很好的自调性能，盘车的同时监测镜板的 轴向跳动已经越来越重要，同时机组容量的增大，以及机组 转速的降低，导轴瓦间隙的增大，随着导轴瓦间隙的加大， 机组在轴系活动范围的加大，摆度虽然存在偏大的可能但有 时也不会影响机组的安全运行，对于机加工产品精度的提 高，盘车测摆度会越来越淡化，而对于这样的机组测量镜板 的轴向跳动量会逐渐取代摆度的测量，而弹性支撑结构的自 调性能正是这一淡化的主要原因之一，机组轴系在机加工时 已经能够保证其摆度，而且在安装时通过键或销钉螺栓以及 止口定位，可以消除部分安装误差，虽然不排除安装时止口 一侧靠紧现象形成的安装累积误差，但这种误差在安装中是 能够尽量减小的，相对来说盘车已经变成了检验安装累计误 差的一道工序。综上所述，经过对小浪底水电站6台机组的安装和后续 长达10余年的运行维护，结合近年来诸多巨型和大中型机组 的安装情况，可以很明显的看出，机组盘车时，如果镜板跳 动量较大，机组的摆度以及机组的轴线情况就会很复杂，那 么机组的摆度值就很难保证，如果镜板的跳动量较小，那么 在机加工可以保证的前提下，机组的摆度就很小。因而镜板 的轴向跳动是决定机组轴线情况的重要因素，因此对于弹性 盘车而言，机组的盘车已经成为检测镜板的跳动量问题，同 时盘车测量各部位摆度只是检测机组安装误差的一种附加手段，而传统盘车测摆度是检测机组质量的一种手段，是作为调整轴线重要工序来做。机组一次性盘车通过，这在很多电 站已经很常见，随着水电事业的进步，特别是机加工行业的 发展，机组盘车的意义已经由原来的检查机组制造和安装水 平逐渐改变为检查安装误差。另外虽然这种淡化越来越明 显，但盘车作为一种检测手段仍是不可缺少的，特别是多段 轴结构的安装，其往往不是在检测机加工缺陷，而是在检测 安装上的累计误差。5 结论实践证明，随着水电事业的不断进步，特别是计算机优 化设计和机加工行业的发展，使得结构设计有了长足的进步 而且机加工精度也有所提高，弹簧油箱等弹性支撑结构