水轮发电机组轴线处理方法

1、.水轮发电机组轴线处理方法 水轮发电机组 轴线处理及调整 1 一、概述 1、 水力机组的稳定运行问题 水轮发电机组是一个由水能转换成旋转机械能，又将旋转机械能转换成电能的机器。因此 水电机组在运转中受有水、机械和电磁等多种力的作用，从而引起机组的承中机架部分发生水力、机械和电磁等多种振动。生产实践告诉我们，当振动幅值超过允许范围时，就有可能导致机组部件损坏，给水轮发电机组的安全稳定运行带来严重的威胁。 机组振动与摆度幅值的大小是衡量机组质量最主要的标准之一，它反映了设计、制造、安装、检修工艺水平，所以是一个综合性能的标准。 产生机组振动的主要原因： （1）、水力干扰力。这主要是由于水涡轮叶型不

2、对称、转动与固定止漏环圆度不好及水涡轮中心位臵正等原因所引起。 （2）、水涡轮重量不平衡。由于在制造厂一般都水涡轮的静平衡试验与配重处理，因此水涡轮的不平衡力都较小。 （3）、发电机转子重量不平衡。在发电机转子组装时，为使其重量分布平衡，转环铁片的堆积及磁极挂装都是称重后对称配臵的，但是由于转子的直径和重量都很大，往往难以达到平衡。一般还需要通过机组安装后试运行中，进行动平衡试验与配重处理，才能解决。 （4）、电磁干扰力。这主要是由于定子转子圆度不好或发电机中心位臵偏差较大造成其隙不均等原因而引起。 （5）、轴线处理与调整质量不良。 上述都会导致机组旋转部件的摆度增大，传至轴承与机架引起振动，

3、这种振动主要是一种机组转动频率的振动。如我厂机组额定转速为125转/分，即为2.08周频率的振动。此外尚有其它频率的振动，如在电磁干扰作用下引起的定子铁芯振动，其主要振动频率是100周的；由于尾水管压力脉动引起的振动，其振动频率主要是1/3.6的机组转动频率等。 2、轴线处理与调整的目的 综上所述，可知轴线处理与调整的目的，也就是为了使机组所受到的干扰力减小，从而减小机组振动与摆度，给机组的安全稳定运行创造条件。这是机组安装检修中一项十分重要的工作。当然，为了使机组保持长期安全稳定运行，对机组运行中振动的测量和研究，也是十分重要且不可忽视的。 （1）、轴线处理的目的是通过处理使之轴中心线（即轴

4、线）对镜板镜面的不垂直度达到允许的标准，当发电机轴与水轮机轴联结的法兰出现弯曲，也应进行处理，使水轮机轴的摆度达到允许标准。 （2）、轴线处理工作有二：一是将发电机转子中心和水涡轮转动止漏环中心位臵尽可能分别调到发电机定子中心与水涡轮固定止漏环中心同心，这样可使发电机气隙不均和止漏环间隙不均而引起的磁力与水力干扰力减小；二是合理调整各推力瓦的受力是其均衡，调整各导轴承同心并与主轴旋转中心一致，以减小机组运转中轴承的别劲力。 2 二、 轴线测量的方法及基本原理 1、轴线测量的方法 轴线测量是给轴线处理提供计算依据的。前面已谈到轴线处理的目的，是要通过轴线处理工作使主轴中心线对镜板的不垂直度达到允

5、许标准。从而可以理解，轴线处理的成果应能求得主轴中心线对镜板镜面的不垂直度。当主轴有几根轴联结而成时，还需能求出法兰处的弯曲。因此，通过轴线测量还能获得主轴各部的摆度（摆度的最大幅值）及方位的成果。 轴线测量主要有挂钢琴线法和盘车法两种。前者由于误差大，一般很少采用。常采用的是机械盘车法，它一般采用厂内吊车牵引使主轴旋转，同时在主轴各部设百分表，即可获得主轴各部摆度的方法。下面我们介绍一下这种方法。 1、 旋转轴的摆度特性 为了说明主轴各部摆度的含义，图（一）绘制了当主轴中心线（以下简称轴线）与镜板镜面不垂直时，在盘车过程中轴线运动的轨迹，这时轴线的运动轨迹为一个圆锥行，在截面上所截得的直径2

6、A即为处的摆度，可见在轴线上的不同部位上其摆度是不等的，距离推力瓦面越远其摆度值越大（不考虑法兰弯曲）。这时由主轴某部位的摆度及该部位到推力瓦的距离即可求得轴线对镜板镜面（它与推力瓦面重合）的不垂直度，从而可使轴线得以处理。 但安设在主轴各部位的百分表测透是顶于主轴表面，在盘车过程中，百分表读数只是反映主轴表面各点转到百分表处所得的数据，它与主轴该部位的摆度有什么关系呢？这就是所要说明的旋转轴的摆度特性。图（二）示出了旋转轴某水平截面在盘车过程中的运动轨迹。 图中点O为旋转中心，点O1、O2、O3、O4为旋转轴某水平截面圆心在盘车过 程中的停留位臵，该圆直径O1O3O2O4=2A即为其摆度。轴

7、号的编排以旋转中心O 与该水平截面圆心O1的连线延长与该圆的交点1，顺时针八等分编号1-8。 3 1图（二）旋转轴某水平截面的运动轨迹 由图可知，轴号1距离O最远，轴号5距离O最近，当旋转轴圆心有O1转至O2时轴号1与轴号5也旋转了90°，这时轴号1和5，则仍然1/与O的距离最远， 5与O的距离最近；当圆心转至O3 、O4时仍然如此。由此可见，当旋转轴围绕 旋转中心O旋转时，旋转轴表面上各点的运动轨迹为以O点为圆心以该点到O点的距离为半径的同心圆。其中轴号1的运动轨迹为最大圆，轴号5的运动轨迹为最小圆。可见只要百分表的测头对准旋转中心O,则在盘车过程中，旋转轴上同一部位不同方向所安设

8、的百分表所对各轴号处的读数，其相对值是一样的。也就是说以轴号为横坐标，百分表读数为纵坐标则绘制而成的平面曲线是相同的。这条曲线为一近似的正玄曲线见图（三）。波峰在轴号1，波谷在轴号5，其最大 4 幅值为轴号1与轴号5的百分表读数之差值，等于该水平截面处旋转轴摆度2A。现证明如下：见图（二）。 15/10-5/0（R+A）-(R-A)=R+A-R+A=2A 旋转轴的摆度曲线可归纳如下： （1）轴在旋转过程中，轴上各点的运动轨迹为旋转中心为圆心的同心圆； （2）以百分表所测的轴表面轴号的读数为纵坐标，轴号为横坐标，可绘制成一近似正玄曲线； （3）上述正玄曲线的幅值即为摆度； （4）摆度最大方位是指

9、由旋转中心至轴中心偏差方向所指的那个轴号，也即摆读曲线的波峰所指的轴号位臵。 2、 轴线测量的机械盘车法 机械盘车法是指在推力瓦面抹以猪油后，利用吊车牵引使主轴旋转一周中，在主轴圆周等分的八处停留，测得主轴各部百分表的读数，从而可求得主轴的各部摆度值。 机械盘车法的工作顺序如下： （1）轴位编号：一般可从发电机转子1号磁极开始，顺回转方向，将圆周八等分，编号为1-8。并在推力头、上导、下导及水导等处各测量部位分别作好明显的编号。 （2）设表：一般可在上导、下导、法兰及水导等测量部位的X、Y两个方向装设百分表，这样每转一周能得到两组数据，以供互相校核。同一方向各部位的百分表应安设在同一径向垂直面

10、上，并应与主轴垂直，设表工作应慎重对待，否则会代来较大误差。 （3）上导轴承间隙应缩小至0.05-0.10mm为宜，以使在盘车过程中，主轴无大的“平移”现象，同时将下导及水导拆除，检查其它固定部件与转动部分无相磋的可能。主轴处与自由状态。 5 （4）盘车时每点位臵停留应尽量做到准确，停止时应将钢丝放松，在水导轴承处推轴检查主轴应自由，然后再进行百分表读数的记录。 （5）盘车记录一般应连续两周，一般第二回测量数据教为准确。 4、旋转轴摆度测量的误差分析 （1）正常误差：由于轴有摆度使轴中心偏离旋转中心位臵所引起的误差。这种测量误差最大值发生在百分表测头方向与轴中心的偏差位臵互成垂直时，见图（四）

11、。 这时百分表的读数减小了a1a1 。 若设轴中心的偏差值1=1mm,半径为400mm则： a1a1a1O-a1R-R2-OO1 =400-160000-1=400-159999 =400-399.998=0.002mm 可见，正常误差还不到1mm，完全可以忽略不计。 (2)工作误差 百分表安设位臵的偏差所造成。 由于工作人员的马虎，将百分表不是安设在X、Y的正方向，而是偏离一个距离，有的可达10-20mm，这是可能的。 如图（五）所示，这时百分表的读数减小了a1a1"。 若设a1a1"=10mm,R=400mm则 a1a1"Oa1-Oa1" 22 R-

12、R-a1a1 6 400-160000-100 400-159900 400-3990870.13mm 可见这种工作马虎所造成的测量误差是很大的，应引起重视。 百分表安设角度的偏差所造成，如图（六）所示情况下，所产生的误差最大。 夸大一点讲，如果百分表安设角度与正确角度的垂直角度差为a1a1a1"30°；轴中心偏差OO1=Aa1a11mm、则百分表读数减小了 （a1a1-a1a1"） a1a1"/cos30°-a1a1" 1/0.866-11.155-1 0.155mm 可见这种情况造成的测量误差也是很大的。因此在工作中应认真对待安设

13、百分表的工作，务必使同一方向上导、下导、法兰及水导的百分表安设在同一径向垂直面上，并与主轴表面垂直。这时十分必要的。 （3）、引起轴线测量误差的其它原因分析： 除了上述百分表安设位臵不当引起轴线测量的误差较大外，另一个值得注意的问题是，当推力头与主轴配合不紧或松配合时，利用上导轴承卡位进行盘车，特别是当轴线的不垂直度较小时，往往得不到正玄曲线规律的摆度曲线。我厂实践经验表明，由于改变了盘车时的原来情况，将上导轴承拆除，另在推力头外缘安设一个临时导轴承装臵后，并调整推力瓦的水平，这样就保证盘车过程中主轴不受任何外力而保持自由状态，终于测定了依正玄曲线规律变化的摆度曲线。引 7 起轴线测量误差的第

14、三个原因是在盘车过程中每点停止后，牵引钢丝没有完全放开，推力头受盘车工具传来的外力没有完全消除，因而轴没有完全处于自由状态，所以盘车过程中的“送绳”及“推轴”必须认真进行。推轴的摆度越大越好，一方面是为了检验轴在每个停留位臵是否完全处于自由状态，更重要的是上导布臵在推力轴承下面的结构，主轴通过大幅度的摆动之后，使上导轴瓦对轴的侧向力可以消除或减小，这些有利于获得一个“正弦曲线”归律的摆度曲线。 但是也有可能经过上述操作而测得的摆度曲线仍不符合“正弦曲线”规律，这时应该根据具体情况来进行分析，直到找出其原因为止。 三、轴线测量成果的分析与整理 1、摆度特性曲线的绘制 由于绘制摆度特性曲线（简称摆

15、度曲线）的方法，能根据它是否符合“正弦曲线”的规律，对个别误差较大的读数进行酌情考虑甚至删去，这样从摆度曲线求得的最大摆度及其方位，其准确度要比向量合成的计算方法高，且易于工人明了掌握，固已被广泛使用。 一般若能对本文上面所讲的测量中的误差问题，给予重视，均能获得较好的摆度曲线。仅当摆度值小时，由于其误差变化较大，摆度曲线的“正弦曲线”规律教差。 现将某机组盘车一圈的记录示于表（一）。由于在盘车过程中，轴线除了旋转还存在有“平移”，计算中可将上导的百分表读数看着“平移”值，则从发兰、下导等处百分表读数中减去向对应轴号的上导处读数后，就得到以上导为零点的法兰、水导等处的摆度了。 表（一） 盘车记

16、录 单位：0.01mm 表（一）续 盘车记录 单位：0.01mm 8 注：X方向在轴号2#调零；Y方向在轴号8#调零。 摆度曲线最好在方格纸上绘制，以轴号为横坐标，取比例尺1mm2°；百分表为纵坐标，去1mm0.01mm，为使各摆度曲线之间距离大一些，以便于分析，可将各百分表读数的零点定在不同的地方。如图（七）。 摆度曲线的绘制过程如下： （1）、按表（一）的（法兰-上导）及（水导-上导）的数值，依摆度曲线间相互因有一定的距离的原则，定下各块百分表的零位，然后在坐标纸上画上各点，为使摆度曲线更清晰，可将轴号适当增加1至2点（图中增加了8号点）。 （2）、先将各点连上，同时检查形状是否

17、接近正弦曲线。检查内容有：看其形状好坏；波峰与波谷是否相差180°；是否有个别读点相差较大。从（图七）中各摆度曲线分析可知：（上导-水导）y方向的摆度曲线最好，各点基本上都在摆度曲线上，波谷在轴号7，波峰在轴号3。正好相差180°（水导-上导）方向的摆度曲线中波谷也在轴号7，但波峰轴号3的数值偏小，这就要根据正弦曲线的规律修正摆度曲线。（法兰-上导）的、的摆度曲线由于其摆度偏小，百分表的读数相对误差较大，若按各点连线则很难获得理想的摆度曲线，这时分析曲线的波谷与波峰可知，其波谷在轴号6，其波峰在轴号1，其互差角不等于180°，因此正确的波谷应在轴号6、7之间，波峰

18、应在轴号1、2之间，并将个别较大的点删去，如（法兰-上导）方向轴号3的点）这样通过修正也可或的教好的摆度曲线。 从已绘制的摆度曲线上，就很易求出摆度值及其方位。如从（法兰-上导）、方向的摆度曲线上可知，波峰在轴号1偏轴号2差7毫米，按1毫米等于2°的比例尺计算，可知为14°，从波谷画一条水平线，找出波谷与波峰差值，按1毫米等于0.01毫米计算，即可获得其摆度值分别为0.15毫米与0.155毫米，取其平均数0.1525毫米即为法兰的摆度值。同理可得水导处轴的摆度值为0.4275毫米方位在轴号3。 2、摆度圆的绘制 摆度圆的绘制是同一测量部位互成90°布臵的x、y方向

19、两块表的读数，在方格纸上利用坐标关系，绘制轴中心在盘车过程中的运动轨迹的一种方法。若在盘车过程中，存在有摆度旋转轴的运动轨迹为圆锥形，则在任何一个测量部位所绘制成的轴中心运动轨迹应为一个圆叫做摆度圆，摆度圆的圆心为测量部位的旋转中心，该圆的直径则为测量部位轴的摆度，这在盘车一周等分停留的八处，在 9 坐标上所绘制的轴中心停留的八个点应八等分该摆度圆。 绘制摆度圆是另一中分析整理盘车成果以求得各部位摆度及其方位的方法。通过摆度圆的绘制能更清晰的了解旋转轴在盘车过程中的运动轨迹，从而对盘车成果正确程度做出判断，以利于改进盘车方法，获得较为正确的盘车成果，但由于误差较大的盘车成果，所绘制的摆度圆的形

20、状与正规圆的形状相差较大，这样就难得求出摆度值及其方位，所以一般用于检查盘车成果的好坏较为实用。 现将表（一）盘车成果绘制摆度圆的过程列于下： （1）、旋转轴的停留位臵一般均以-y方向（即水轮机出流方向）的轴号表示，由表（一）轴的起始位臵-y方向的轴号为4，故x方向百分表在轴号2调零，y方向百分表在轴号8调零，当盘车转过一点则-y方向轴号为3，x方向轴号为1，百分表减去上导读数后（法兰-上导）为1.5；（水导-上导）为-14.5，y方向的轴号为7，同理由表（一）得（法兰-上导）为-7，（水导-上导）为-13，依次类推，由表（一）可列出绘制摆度圆的表（二）。 由表（二）的数据，以2毫米0.01毫

21、米的比例尺，在方格纸上按轴每次停留的x、y坐标上画各点，在各点旁标上-y方向的轴号，将点连接起来即为该部位轴中心的运动轨迹。若根据大部分点分布规律，用圆规画上一接近的圆，此圆即为该部位轴的摆度圆，该圆的直径按比例尺2毫米0.01毫米换算求得的数值即为该部位轴的摆度值。如法兰摆度圆直径为30毫米，则其摆度为0.15毫米，水导摆度圆直径为84毫米，则其摆度为0.42毫米。 从摆度圆与其轴中心的运动轨迹及各点的分布规律分析比较可知，水导处轴中心运动轨迹规律性较好，仅-方向的轴号5时停留位臵测量误差较大，其中-方向的轴号为3、7与2、6的停留位臵正处于一直径上，说明这四点成果准确度较高。 摆度方位的确

22、定应选择停留方位互差180°，而在摆度圆上轴中心互差角度也刚好接近180°的点，从摆度圆的圆心与该点连线方向所指该轴停留位臵的轴号，即为该摆度的方位。如在图（八）的水导摆度圆上，若将摆度圆圆心O与轴号3相连并用量角器量出此直线与y直线的夹角为3.5°，由y方向的轴号为3可知摆度方位在轴号3偏2夹角为3.5°；若将摆度圆圆心O与轴号2连接，也用量角器量出该直径与-直线的夹角为42°，有-方向的轴号2可知摆度方位在轴号3偏2夹角3°。法兰摆度方位的确定，应选择2、6两点为好，连 10 线O2用量角器量出与-方向的夹角为18°，由

23、-方向的轴号为2可知法兰摆度方位在轴号2偏轴号1其夹角为18°。这些均与用绘制摆度特性曲线所得结果基本一致。 3、 轴线的水平投影 由于水轮发电机组的主轴是由发电机州通过法兰与水轮机轴连接，一般情况由于法兰面存在着曲折，致使发电机轴法兰的摆度与水轮机轴水导处的摆度及其方位不同，为了在同一张纸上能同时表示出法兰与水导轴处的摆度与方位，因此提出了轴线的水平投影的问题。 为了说明轴线的水平投影图与立体轴线之间的关系，绘制图（九）的立体轴线，图（九）中所示轴线中法兰存在弯曲的最普遍的情况。 图（十）绘制了轴线的水平投影图，它与图（九）分析比较可知：图（十）即为轴线在水导处的水平投影，图中的O

24、a为O上导a即发电机轴线在水平面上的投影，它与法兰的摆度及方位相同，Ob为水导处轴线的摆度及方位，ab为水轮机轴线在水导处水平面上的投影，ab'为发电机轴由法兰延长至水导处水平面的投影，连线b'+b为法兰至水导的垂直距离内，水轮机轴线对发电机轴线的倾斜值及其方位。 现将表（一）盘车成果的轴线，绘制成轴线的水平投影图，见图（十一）。绘制方法如下：通过绘制摆度特性曲线，由表（一）盘车成果的轴线为： 作图步骤： （1）、以任意一点O为圆心，取任一长度为半径作一圆，将圆八等分，顺时针编号18； （2）、可按比例尺2mm0.01mm分别将B法/及B水/2之值按其方位画上O

25、a与Ob，使Oa15mm，Ob42mm，连接直线ab则折线Oab即为轴线的水平投影。 、 4、 轴线的不垂直度 由盘车成果绘制成轴线的水平投影图以后，使我们了解了轴线的倾斜值与方位以及法兰的曲折情况，以方便于进行轴线处理的计算，尚需进一步求出发电机轴线与水轮机轴线的单位长度（1米）中的倾斜值与方位也即其不垂直度，先分析如下： （1） 发电机轴线对镜板的不垂直度 计算公式 T发B法/2H法 式中：B法0.15毫米法兰摆度 H法6.5米上导至法兰的垂直距离 代入公式得：T法0.15毫米/2×6.5米0.0115毫米1.15丝/米 T发的方位予B法方位相同，在轴号1偏2夹角14°

26、。 （2） 水轮机轴线对法兰面的不垂直度 计算公式： T水b'/H法水. 式中：b'图（十一）中所示的线段 H法水3.5米法兰至水导的垂直距离 为求的b'，需将发电机轴线延长至水导处即可得b'点。其中： 11 O'T法.H发. 式中：H水10米为上导至水导的垂直距离 代入公式得： O'0.0115毫米/米×10米0.115毫米 在图（十一）中按同一比例尺2毫米0.01毫米。将O线延长至'点，使O'0.115毫米即其实际长度为23丝，连接直线b&#39

27、;。由O点作直线O'，使O平行于b'，用量角器量出O与轴号3的夹角为32°，用直尺量出O的长度为42毫米，按比例尺换算得O0.21毫米，O即为水轮机轴线对发电机轴线在法兰至水导处的垂直距离内的倾斜值及方位。 将b'O0.21毫米代入公式得： T水0.21毫米/3.5米0.06毫米/米 T水的方位在与O方位相同即在轴号3偏4夹角为32°。 四、轴线的处理 1、轴线处理的要求 轴线处理的要求在规程上用相对摆度作为标准，相对摆度即为垂直距离为1米内的摆度值，相对摆度允许值见表（三）： 注：任何情况下水轮机导轴承的实际摆度要求在250

28、转/分不超过0.03毫米；250转/分不超过0.25毫米。 对于我厂来讲，大机转速375转/分，发电机轴相对摆度应不超过0.02毫米/米，也即其不垂直度不超过0.12毫米，水导摆度不超过0.25毫米。 2、轴线处理的方法 综前所述，由于轴线具有不垂直度，因而造成主轴旋转时各部存在较大摆度为减小其各部摆度。就应通过处理，将轴线的不垂直度减小，使其达到或小于允许值。发电机轴线对镜板面的不垂直度的处理工作在推力头上进行（若推力头与主轴为松配合时，也可在推力卡环上进行）；水轮机轴线对法兰面的不垂直度可在法兰面上进行。处理方法可分为修刮与加垫两种，由于修刮后形成的是斜面，而加垫后形成台阶形，前者处理后的

29、结合面接触质量要高，故一般采取修刮的方法为好。 图（十二）所示为处理发电机轴线不垂直度的情形，图中直线为原推力头与镜板的结合面，为使发电机轴线与旋转中心线重合，也即使发电机不垂直度为零，图（十二）之（）表示加垫的方位与大小，加垫最大之为在处， 12 它与发电机轴线不垂直度方位相反，加垫后推力头底面由抬高至；图（十 二）之（）表示修刮的方位与大小，刮削最大值在处，它与发电机轴线不垂直度的方位相同，通过刮削应将部分去掉，这时推力头与镜板之结合面由变为。水轮机轴法兰面修刮与加垫正好与推力头修刮与加垫方位相反，也即水轮机轴法兰面的加垫方法与水轮机轴的不垂直度方位相反。 3.轴线处理的数值计算 由盘车成

30、果绘制成轴线的水平投影图及计算了轴线的不垂直度以后，轴线处理的数值计算就十分简便了。轴线处理有两种情况： （1）推力头与法兰都进行处理时： 若仍以表（一）盘车成果的轴线为例，已知推力头底面直径D推2米；法兰 直径D法1.6米，则： 推力头底面最大刮削（或加垫）量 推T发.D推. 由前已算得T发0.0115毫米/米代入公式 推0.0115毫米/米×2米0.023毫米2.3丝 （注：由于T发0.0115毫米/米<0.015毫米/米 故推力头不用处理） 推力头修刮方位与发电机轴线不垂直度方位相同，在轴号1偏2夹角为14°；推力头加垫方位则相反，在轴号5偏6夹角为14

31、°。 法兰最大刮削（加垫量） 法T水.D法 由前已算得T水0.06毫米/米代入公式 法0.06毫米/米×1.6米0.096毫米10丝 法兰加垫方位与水轮机轴线不垂直度方位相同，在轴号3偏4夹角为32°；法兰修刮方位则相反，在轴号7偏8夹角32°。 （2）法兰不作处理，仅处理推力头的计算：由于水轮机法兰面的不垂直度，一般在制造加工中于以保证质量或在安装机组时处理，机组长期运行也不易发生变化，所以在电厂检修中很少有处理水轮机法兰面的工作，若法兰存在曲折，只要其数值不大，一般不进行处理，而是采取处理推力头的办法使法兰与水导的摆度均小于允许值，且减至最小，其方位可从图（十一）中的轴线水平投影图中取'线之中点C与O的连线，并以此线段OC的大小与方