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1、超大型立式水轮发电机组轴线检测及调整工艺探讨 吕玉忠 陈居森 祁美莲（中国水利水电第七工程局安装分局，四川，彭山 620860）摘要：介绍了官地水电站1#、2#机组轴线检查及调整工艺，通过两台机组轴线的检查及调整，重点介绍了静态法、动态法在轴线检查中的应用，以及法兰打磨、连轴螺栓拉紧、推力头旋转等方法在轴线调整当中的应用，总结了大型水轮发电机组钢性盘车轴线调整工艺方法，为同类机组轴线检查及调整提供了借鉴。关键词：水轮机 发电机 大轴 转子 轴线 静态检测法 动态检测法 盘车 1 概述水轮发电机组轴线的检查、调整质量，是决定机组后期安全稳定运行的关键因素之一。超大型水轮发电机组轴线调整，一般通过
2、静态轴线检测法和动态轴线检测法进行测量，再通过测量结果进行分析计算，确定轴线处理方案进行相应处理。所谓静态轴线检测法，就是在轴系静止的情况下，通过挂线法、测圆架等方式，对轴系的同轴度、偏心量进行测量的方法；而动态轴线检测法，就是通过外力推动转动部分进行旋转，再通过百分表或电涡流传感器对轴系各测点的摆度进行测量的方法。一般来说，静态检测法是针对大型水轮发电机组轴系尺寸较大，后期处理困难，因此在机组还未形成前，对轴系提前进行的一种检测，目的在于提前发现问题，以便提前加以解决，为后续机组轴线调整工作顺利开展，打好基础。而动态检测法，则主要是机组已经安装到一定程度之后，对机组轴系进行一个较全面的检测并
3、加以调整的方法，也即为常说的盘车法，是为机组正式运行打好基础。而轴线的调整，则一般通过拐点打磨、推轴以及旋转等方法进行。为保证机组长期安全稳定运行，一般不推荐法兰面加垫处理。官地水电站设计装机4台，单机额定容量600MW，机组为典型的半伞式多段轴结构。转动部分轴系从下至上分别为水轮机转轮、水轮机大轴、发电机大轴、推力头、转子、上端轴、集电环、补气头，机组轴线影响因素多，调整相应困难，且二滩企业标准对轴线要求极高，其中水导全摆要求不超过0.2mm。轴线调整标准如下（双振幅）：补气头集电环上导轴颈转子推力头下导轴颈法兰水导轴颈0.5mm0.5mm0.145mm0.06mm0.06mm0.085mm
4、0.155mm0.2mm2 静态法轴线检测及处理2.1静态法进行轴线检测的具体形式和要求轴线静态检测法主要使用挂线法和测圆架法两种。挂线法则是利用型材制作“十”字形支架，固定在大轴上法兰面上，再由四个支臂上适当位置悬挂钢琴线，通过耳机法测出各测点至钢琴线的最短距离，最后按盘车计算方法进行数据的分析计算，计算出各测量部位的同轴度偏差及大轴的倾斜量，再加上上法兰面水平偏差进行修正以得出大轴各测点实际同轴度偏差及倾斜量的方法。而测圆架测量则需要制作一个结构可靠的测圆架，安装固定在大轴上法兰面上，通过旋转测圆架转臂，测出各测点的摆度偏差值再进行计算的方法。具体形式如下图所示： 为保证测量的准确性，同时
5、减少换算带来的误差，应尽量将下面基准轴上法兰面调整水平，一般水平偏差不超过0.02mm/m。其中挂线法还应把“十”字形支架中心尽量与大轴法兰中心保持一致，使支臂尽量通过圆心。测圆架法则要求必须调整测圆架水平不超过0.02mm/m，同时测圆架旋转应灵活，具有足够的钢性，不应有径向位移和过大的跳动值。2.2静态轴线检测法在官地电站的应用 官地电站因现场条件有限，因此采取的是挂线法对轴线进行测量，具体步骤如下： 将转轮吊放在钢支墩上，调整转轮法兰面水平至0.02mm/m，同时测量上冠上平面对应方位的水平数据，并做好记录（主要考虑大轴与转轮连轴后，转轮法兰面无法测量水平）。将水轮机大轴吊至转轮上进行连
6、轴安装。初次连轴，只需要拉紧四棵螺栓，确保法兰面充分接触即可，螺栓拉紧力约为设计紧固力的30%。用0.01mm/m精度的水平仪测量出大轴上法兰面的水平情况，并做好记录。用18#工字钢焊接制作“十”字形测量支架，安装固定在水机轴上法兰面上，在四个支臂外端挂出四根0.3mm钢琴线，线下部挂7.5Kg重锤，并设防晃动阻尼油桶。让重锤浸在油桶内，但不能与桶壁接触。用内径千分尺通过耳机重锤法测量出钢琴线至轴系各测量点的最短距离，并做好记录。对测量数据进行全面分析计算，计算出各测量点的同轴度偏差以及大轴的倾斜值，根据大轴法兰面的水平数据进行修正计算，得出大轴各测点的实际同轴度偏差值以及大轴的倾斜值。官地电
7、站1#、2#机组均在水轮机连轴后进行了轴线的检查测量，测量数据满足要求。在完成发电机大轴的连轴后，也进行了轴线的检查测量工作，测量数据如下表：1#机组水发大轴连轴后轴线挂线测量数据表序号测量部位千分尺读数（mm）测点至上法兰距离（mm）+Y-Y+X-X1发电机轴上法兰14.6914.3620.419.402下导轴颈（上）4.554.5110.289.533503下导轴颈（下）4.494.5510.259.5337504发电机轴下法兰4.734.9310.59.8660005水机轴上法兰4.354.4310.129.3362006水导轴颈4.394.6410.219.59000法兰面X方向水平偏
8、差为0.0525mm/m，+X方向比-X方向高，Y方向水平偏差为0.01mm/m,+Y方向比-Y方向高。经计算分析结果如下：1#机组水发大轴直线度较好，但发电机大轴与水轮机大轴存在约0.096mm的同轴度偏差，折算为摆度，则有0.192mm，满足二滩企业标准对摆度的要求，因此不对轴线进行调整处理。2#机组水发大轴连轴后轴线挂线测量数据表序号测量部位千分尺读数（mm）测点至上法兰距离（mm）+Y-Y+X-X1发电机轴上法兰498.21503.77538.91543.602下导轴颈（上）238.36243.72278.95283.633503下导轴颈（下）238.39243.74278.93283
9、.6337504发电机轴下法兰63.6468.7104.07108.7960005水机轴上法兰63.3868.43103.75108.5462006水导轴颈388.66393.46428.82433.799000法兰面Y方向水平偏差为0.03mm/m，-Y方向比+Y方向高，X方向水平偏差为0.025mm/m，+X方向比-X方向高。经计算分析结果如下：2#机转轮、水轮机大轴以及发电机大轴直线度较好，满足要求，计算时可忽略法兰影响。但考虑水平偏差对轴线的影响因素后，以转轮为中心则发电机大轴上法兰向+Y方向存在一定倾斜，倾斜量约为0.012mm/m，同时法兰向-X方向也存在一定倾斜，倾斜量约为0.0
10、1mm/m，综合倾斜量约为0.0154mm/m，方向在+Y偏-X约38度角。反应到水导的摆度为0.278mm，已经超过企业标准要求。2.3轴线调整处理根据轴线测量数据计算结果，分析确定轴线超标的原因是发电机大轴上法兰面与大轴轴线不垂直引起，必须通过现场对法兰面进行打磨修正的方法，使发电机轴上法兰面与大轴轴线垂直，以使机组轴线满足要求。法兰面打磨采用砂轮机进行，并用千分表对打磨数据进行测量及控制，具体工艺如下：根据数据计算出最大打磨量为0.04mm，确定法兰打磨分区为5个区域，绘制打磨分区图如下：(上图已经忽略螺孔)其中5号区域打磨0.04mm，4号区域打磨0.03mm，3号区域打磨0.02mm
11、，2号区域打磨0.01mm，1号区域不做打磨。根据分区图，在法兰面用记号笔画出分区线。备好100角向磨光机、油光锉及砂布抛光片等打磨工具，以及一只校验合格的千分表和配套磁力表座，用于对打磨面进行测量。为方便测量控制，确定打磨顺序为5432。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，先用角向磨光机进行试磨，以确定磨光机的打磨量，试磨区域最好选择在打磨量最大的区域内。试磨前，把千分表架好在法兰面上，表针垂直于法兰面，固定好表架各紧固螺栓，再将表盘对好0位。试磨时，保持抛光片与法兰面平稳接触，接触时间约24秒。再将千分表测头推移至打磨部位，读表记下打磨量。以此估算同一区域需要打磨
12、的次数及时间，计算时需要考虑预留约0.005mm的打磨量。为使估算尽量准确，可以多试磨几次。根据砂轮机的操作控制方便情况将打磨区域沿分区线再划分成约80mm宽若干的平行打磨带，用磨光机沿打磨带由一端向另一端顺序打磨，打磨次数及打磨时间，则根据开始试磨情况所计算出的次数和时间来进行控制，但不得超出试磨计算值。当打磨宽度超过约150mm时，再推移千分表至打磨区域，测量整个区域的打磨量，确认是否满足要求。同时通过推移千分表，也可检查打磨面是否有高点等情况。根据检查结果，再进行细致修磨，直到整体打磨区域平面高差不超过0.005mm为合格，再进行下一个区域的打磨。当完成一个打磨带打磨后，再对整个打磨带进
13、行全面检查，确保打磨面整体质量符合要求。每次使用千分表检查打磨面之前，千分表必须在未打磨过的基准面上对好0位，以保证测量的数据准确可靠，否则将影响打磨质量。如此顺序打磨完成所有区域后，再用毛毡抛光片并配以研磨膏，对法兰面2、3、4、5区域进行整体抛光处理，完成打磨处理工作。再用刀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，再用水磨砂纸和油石等进行适当处理，直致合格为止。官地水电站2#机组发电机大轴上法兰面经过打磨处理后，检查表面平整无高点，表面光洁度与未打磨过的法兰面进行目测对比，无明显差别。各分区打磨量偏差基本控制在0.005mm左右，满足打磨预期要求。同时在各分区线两侧各约1
14、50mm范围内，还有意识的进行了适当的过度打磨，使打磨后的法兰面整体更接近于一个平面。在完成转子连轴后，用0.02mm塞尺检查法兰合缝面无法塞入，法兰面贴合情况良好。3动态法轴线检测及处理 动态轴线检测法的方式，一般根据机组的具体形式，由设备厂家直接设计确定。官地电站机组轴线检测是在推力轴承完成受力调整、高压油顶起装置安装调试完成后进行。推力轴承受力偏差小于0.02mm，抱下导瓦，抱瓦间隙控制在0.03mm。主要是通过投入高压油顶起装置，再由10个人均匀推动转子，并对各测量部位的数据进行测量采集的方式进行。首先进行转子以下部位的轴线检测和调整工作，当轴线满足要求后，进行转子与发电机连轴螺孔的现
15、场镗孔加工工作。镗孔完成后再进行上端轴、集电环以及大轴补气装置补气头的安装工作，最后进行整体轴线的检查及调整，直至整体轴系全部调整合格为止。3.1转子以下盘车官地电站1#机组在首次盘车后，数据如下（单位：0.01mm）：测点部位1#2#3#4#5#6#7#8#转子中心体3.02.0-2.02.01.01.0-1.02.0推力头8.012.04.08.00.00.0-2.03.0下导轴颈0.00.00.00.00.50.00.00.0发电机轴法兰-2.0-3.5-1.02.51.5-3.0-3.0-1.0水轮机轴法兰-14.0-22.0-21.0-12.5-9.5-8.0-4.0-2.5水机轴颈
16、-17.0-26.0-27.0-20.0-9.0-1.00.0-7.0经数据分析发现，机组轴线垂直度满足要求，但水、发大轴同轴度偏差较大，达0.095mm，与静态法测量数据基本一致。由法兰同轴度偏差引起水导轴颈摆度达0.19mm，加上大轴本身部份倾斜影响，最终导致水导轴颈综合摆度达0.28mm，相对厂家标准0.35mm，已经满足要求，但不满足二滩企业标准0.2mm要求。同时转子中心体、推力头相对下导也存在约0.06mm的同轴度偏差。由于水、发大轴连轴螺栓为销钉螺栓，加工精度很高，因此现场无法对大轴的同轴度偏差进行处理。经分析后确定，通过转子连轴螺栓非对称拉紧法进行调整处理，具体方法如下：首先确
17、定沿轴线摆度最大值方向为纵轴，其垂直平分线为横轴，横轴右侧为摆度偏差最大值方向，左侧则为反方向。先将横轴上的两棵螺栓松开部份拉力，使水、发大轴以及转轮的重量全部由该两棵螺栓剩余部位拉力承担。再将其它螺栓全部松开不受力。架设百分表，将大轴沿转子、推力头摆度最大值反方向，向偏差最大值方向推0.06mm。沿摆度偏差最大值方向的对称方向开始，沿纵轴分左右对称，逐步拉紧连轴螺栓。其中横轴左侧螺栓拉紧力取允许正偏差值，右侧拉紧力取允许负偏差值。螺栓拉伸完成后，再次进行盘车数据如下（单位：0.01mm）：测点部位1#2#3#4#5#6#7#8#转子中心体0.0-4.0-7.0-1.0-1.00.0-1.01
18、.0推力头2.06.04.03.0-1.00.0-2.0-1.0下导轴颈1.00.00.00.01.00.01.01.0发电机轴法兰-1.01.02.06.02.00.0-3.0-3.0水轮机轴法兰-6.0-13.0-12.0-4.0-3.00.02.01.0水机轴颈-11.0-17.0-18.0-12.0-4.50.01.0-4.0经分析计算，水导摆度为0.19mm，满足二滩企业标准要求的水导摆度不大于0.2mm要求。官地电站2#机组在进行转子以下部位盘车时，大轴法兰面的处理达到了预期效果，但还存在一定量的超差，具体数据如下（单位：0.01mm）：测点部位1#2#3#4#5#6#7#8#转子
19、中心体0117242320121推力头0-18-18-20-2253425下导轴颈1-4-111120发电机轴法兰022710953水轮机轴法兰03812151292水机轴颈21324323425146经分析计算知，转子同轴度、推力头同轴度均存在不同程度的超差，但水、发大轴同轴度偏差较小，与静态轴线测量数据基本一致。水导轴承摆度约为0.32mm，相对二滩企业标准要求的低于0.2mm超标0.12mm，需要进一步的处理。由于该超标数据不大，经分析认为可以先通过旋转推力头法进行修正。推力头与镜板都为精加工件，上、下端法兰面平面度要求不超过0.02mm，因此转子水平极限调整范围为-0.04mm+0.0
20、4mm，镜板直径为4.5m，至水导轴承距离约为9m。这样通过换算至水导轴承的摆度，则修正量为-0.16mm+0.16mm，可以通过旋转推力头的方式，达到对水导轴承摆度进行部分修正的目的。但考虑推力头与镜板装配是随机进行的，因此旋转能够修正的量，一般来讲至多能达到一半，而且还存在旋转后变坏的可能。传统做法一般是旋转180度角，但如果目前推力头倾斜的方向不在轴线倾斜的最大方向，那么就有可能转过头，导致轴线变坏。因此分析后，决定旋转90度角。将推力头旋转90度角后，再次盘车，数据如下表（单位：0.01mm）：测点部位1#2#3#4#5#6#7#8#转子中心体-15-5412149-6-16推力头7-
21、5-16-18-1201013下导轴颈0.50-210000.5发电机轴法兰-3-5-7-111-1-1水轮机轴法兰-6-7-54-320-4水机轴颈-10-531315123-7 从上表数据分析知，水导轴承摆度约为0.26mm，相对第一次盘车，已经修正0.06mm，基本达到修正效果，但还存在0.06mm的超差。同时转子、推力头还存在同轴度超差。这样经分析确定，再按照1#机处理方案通过连轴螺栓不对称、正负偏差紧固对水导轴承摆度进行修正，同时按推轴的方式处理转子与推力头的同轴度偏差。处理后再次盘车，数据如下（单位：0.01mm）测点部位1#2#3#4#5#6#7#8#转子中心体040-4-40-
22、1-2推力头0120-2-2-1-3下导轴颈110-10-1-1-2发电机轴法兰-3-6-6-20110水轮机轴法兰-8-10-6-200-1-5水机轴颈-4-6291160-8 上表数据显示，转子、推力头同轴度以及水导轴颈的摆度均已经满足要求，达到了轴线调整的目的。3.2机组整体盘车 机组在完成转子镗孔及回装后，进行上端轴、集电环以及大轴补气头等设备的安装，再进行整体盘车及轴线检查，发现上端轴以及集电环、补气头均存在一定的同轴度偏差，均通过推移轴系进行调整处理满足要求。最终数据如下所示：官地电站1#机组整体盘车最终数据（单位：0.01mm）测点部位1#2#3#4#5#6#7#8#补气头2.0
23、2.0-2.02.03.02.0-7.0-2.0上导轴颈0.02.02.03.04.00.0-1.00.0转子中心体0.0-2.0-3.0-1.01.01.0-2.00.0推力头0.03.0-1.0-3.0-7.0-5.0-6.0-4.0下导轴颈0.00.50.00.01.01.01.00.5发电机轴法兰-1.0-2.01.03.02.0-2.5-2.5-1.5水轮机轴法兰-1.0-12.5-10.0-4.50.02.56.06.5集电环上0.04.012.019.016.08.03.01.0集电环下0.05.013.020.016.08.03.02.0水机轴颈0.0-6.0-6.00.09.
24、014.014.07.0官地电站2#机组整体盘车最终数据（单位：0.01mm）测点部位1#2#3#4#5#6#7#8#补气头-1-24-15-8-121-9上导轴颈-304640-3-4转子中心体04401758推力头-10-1-1-1133下导轴颈100-0.5000-0.5发电机轴法兰0-1-203331水轮机轴法兰00367762集电环上-3058830-3集电环下-5-15893-1-3水机轴颈-2-251114115-1均满足二滩企业标准要求。3.3机组定中心及导瓦间隙分配 机组轴线调整合格后，通过旋转转动部分，再测量发电机气隙、水轮机上下止漏环间隙的方法，计算出机组旋转中心数据，再
25、按此数据进行机组中心定位并固定。按照机组轴线实际情况及方位，计算机各导轴承分块瓦间隙值，进行实际间隙的分配，以使机组各导轴承中心、发电机转子中心以及水轮机中心达到理想状态的一致，为机组安全稳定运行打好基础。4、机组轴线调整实际运行情况官地水电站1#、2#机组目前均已经投产发电。1#机组在完成动平衡配重后，运行振摆情况如下：测点时段方位上导下导水导顶盖上机架下机架摆度（m)振动(m)01:16 100%Nex252165.9219.590.488322.4y232161.8241.290.1861.116.8z/77.448.577.72#机组首次开机后，未进行动平衡配重各部位振摆均满足运行要求
26、，情况如下：测点时段方位上导下导水导顶盖上机架下机架摆度（m)振动(m)01:16 100%Nex231216284764921y2262363658678103z/598445结语 通过对官地水电站1#机组、2#机组轴线的静态、动态检查及调整处理，使1#、2#机组轴系达到了二滩企业制订的高标准要求，为机组的安全稳定运行打好了基础。同时也为同类电站大型机组轴线的检查调整提供了经验借鉴，主要体现在：1）通过前期的静态轴线测量法，可以提前检查轴线的偏折情况以及大轴法兰面与大轴的垂直情况，经数据分析可以预见机组后期轴系是否可以达到相关标准的要求。如果无法满足，则可以提前进行处理，为后面轴系的检查调整打好基础。2）通过后期动态轴线检测法对轴线进行全面的检测，也可以印证前期静态轴线检测及处理是否达到预期目标，并为下次应用及静态检测法改进提供依据。3）大型水轮发电机组轴线检查调整是一项重要、且复杂的综合过程，在不同阶段实施不同的检测、并进行相应处理，是机组整体轴系调整的重要步骤，必须严格实施方可保证工期和质量。4）轴系调整通过法兰面打磨、推轴以及连轴螺栓非对称、正负偏差紧固以及旋转推力头或转子，均可对轴系产生影响，具体影响程度，则受限于实际操作和控制，在轴系检查及调整过程中，各种方法应灵活应用。- 9 -
