王貴清,劉鵬讓
(中國水利水電第七工程局有限公司機電安裝分局,四川 彭山 620860)
大渡河瀘定水電站共安裝4臺混流式水輪發(fā)電機組,單機容量為230 MW,總裝機容量920 MW;水輪機型號為HLD485-LJ-666,吸出高度為-4.6 m,安裝高程為1 299.15 m,轉(zhuǎn)輪分為兩瓣,在安裝間進行組焊、圓度加工、靜平衡試驗等工序,所有工序滿足設(shè)計要求后進行交貨。發(fā)電機型號為SF230-60/14600,轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場進行磁軛疊片及60個磁極的掛裝。轉(zhuǎn)子外徑13 740 mm,高度2 170 mm;定、轉(zhuǎn)子氣隙30 mm;轉(zhuǎn)子裝配后總質(zhì)量606 t。
隨著水電站開發(fā)規(guī)模不斷增大,低水頭大容量、高水頭大容量的大型機組越來越多,大型機組單件產(chǎn)品體積和重量大,構(gòu)成整個水輪發(fā)電機組軸系的單元越來越多,轉(zhuǎn)動部分的構(gòu)成單元增多,則影響機組軸系線性的因素隨之增加。
大型機組的轉(zhuǎn)動部分由水輪機轉(zhuǎn)輪、大軸,發(fā)電機大軸、推力頭、轉(zhuǎn)子、上端軸構(gòu)成,不同容量的大型機組構(gòu)成整個轉(zhuǎn)動部分的分解單元也不同。多段軸結(jié)構(gòu)的水輪發(fā)電機組,影響軸系線性好壞的部位有:水輪機與發(fā)電機大軸法蘭接合面,轉(zhuǎn)子與發(fā)電機大軸法蘭結(jié)合面,上端軸與轉(zhuǎn)子法蘭結(jié)合面。各結(jié)合面由于存在加工誤差,在各結(jié)合面部位會形成折點,對轉(zhuǎn)動軸系的同軸度產(chǎn)生影響;另外,現(xiàn)場組裝所采用的安裝工藝也會對軸系產(chǎn)生較大影響。
大型水輪發(fā)電機組大軸部件尺寸大,結(jié)構(gòu)強度大,加工產(chǎn)生的偏差相對較小,在裝卸、運輸、安裝過程中,外部因數(shù)對其外形尺寸的影響較小,其構(gòu)成軸系的部分直線度可得到良好保證。而其轉(zhuǎn)動部分軸線長,各連接點對軸線的綜合影響大。
法蘭與大軸軸線垂直度偏差通常在0.02 mm以內(nèi)。機械加工過程中,單個工件檢測數(shù)據(jù)可滿足要求,但在安裝完成對軸線進行調(diào)整時,該部位常會出現(xiàn)折點,這是由于累積偏差所致。水輪發(fā)電機大軸同軸度通過鏜模保證,使用鏜模加工過程中,檢測單件工件尺寸也能滿足圖紙要求。然而,在加工過程中,忽略了尺寸偏差的方向問題,當(dāng)兩個工件結(jié)合面尺寸偏差方向相反時,偏差對軸系線性影響不大;但當(dāng)兩個工件結(jié)合面尺寸偏差方向一致時,累積偏差加大了軸系線性的影響。
為此在大軸加工過程中,應(yīng)避免水輪機大軸與發(fā)電機大軸法蘭偏差方向一致。
推力頭安裝方式有兩種:一種是現(xiàn)場熱套,一種是法蘭連接。法蘭把合的推力頭結(jié)構(gòu)又分推力頭與發(fā)電機大軸連接和推力頭與轉(zhuǎn)子下法蘭連接。不同結(jié)構(gòu)推力軸承對機組軸線影響范圍不同,不同安裝方式的推力頭對機組軸線影響也不同。
熱套結(jié)構(gòu)的推力頭主要用于中小型機組,將推力頭熱套在發(fā)電機大軸上,位于轉(zhuǎn)子上部或下部,對軸系同心度和直線度的影響較大;大型機組采用法蘭連接方式,推力頭的上下平行度對軸系影響較大,如該部位出現(xiàn)折點會使其上下同軸度偏差增大。
大型機組水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子在現(xiàn)場完成組裝、焊接、疊片、掛磁極等工序,在所有的工序中,部分工序?qū)D(zhuǎn)子上下法蘭面的平行度和同心度影響較大。其中,包括轉(zhuǎn)子輪輻焊接、磁軛熱打鍵。 大型機組轉(zhuǎn)子中心體為焊接體,在進行機械加工之前,將整個構(gòu)建焊接成整體,現(xiàn)場組裝調(diào)整完成后,與輪輻焊接在一起。焊接過程中,加溫會使轉(zhuǎn)子中心體加工應(yīng)力和焊接應(yīng)力得到釋放;同時,在現(xiàn)場焊接過程中也產(chǎn)生新的焊接應(yīng)力,所有的應(yīng)力變化都可使轉(zhuǎn)子上下法蘭的平行度和同心度產(chǎn)生變化。
現(xiàn)場焊接轉(zhuǎn)子時,要對焊接部件進行加溫,并對焊縫錘擊消應(yīng),防止焊接完成后應(yīng)力集中,在焊接完成后保持一定溫度,使焊接件應(yīng)力釋放。
軸系檢查依靠盤車方式進行,通過外力使水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn),在構(gòu)成軸系的主要連接部位和軸系約束部位架設(shè)百分表,監(jiān)測旋轉(zhuǎn)軸系各點擺度,通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)分析判斷軸系是否滿足要求。對不滿足要求的軸系,分析原因、找出影響軸系線性的因素,通過調(diào)整手段予以解決。
瀘定水電站水輪機轉(zhuǎn)輪最大直徑6 530 mm,發(fā)電機大軸長5 935 mm、直徑2 450 mm,轉(zhuǎn)子高度1 955 mm,上端軸長3 676 mm、直徑2 450 mm,鏡板直徑3 800 mm、厚200 mm,鏡板安裝高程1 310.245 m,下導(dǎo)軸承中心高程1 307.820 m,上導(dǎo)軸承中心高程1 314.850 m,水機法蘭面高程1 305.150 m,水導(dǎo)軸承中心高程1 302.36 m。
瀘定水電站機組,盤車采用電動機械盤車裝置作為動力推動機組轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn),驅(qū)動力來自上端軸,機組轉(zhuǎn)動部分為多段軸結(jié)構(gòu),由水輪機轉(zhuǎn)輪、大軸,發(fā)電機大軸、轉(zhuǎn)子,推力頭,鏡板,上端軸組成轉(zhuǎn)動軸系。在盤車時,采用限制下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承的方法定位。限制水導(dǎo)可有效防止在初次盤車中,由于該部位擺度過大而使轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)產(chǎn)生碰撞。
(1)機組盤車前相關(guān)準(zhǔn)備如下:①機組轉(zhuǎn)動部分位于中心位置。檢查轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)間隙,最大偏差不大于平均偏差20%。②檢查發(fā)電機空氣間隙,最大偏差不大于平均間隙8%。③安裝水導(dǎo)軸承。水導(dǎo)軸承共12塊瓦,盤車時在圓周方向?qū)ΨQ放置6塊瓦,間隙調(diào)整為0.02 mm。④安裝發(fā)電機下導(dǎo)軸承。下導(dǎo)軸承共12塊瓦,盤車時在圓周方向?qū)ΨQ放置6塊瓦,間隙調(diào)整為0.02 mm。⑤頂起轉(zhuǎn)子,在推力軸承鏡板面、瓦面均勻涂抹純凈豬油。⑥上機架中心調(diào)整完成,預(yù)埋基礎(chǔ)安裝就位?;A(chǔ)部位采用螺旋千斤頂支撐限位,防止盤車過程中上機架位移。⑦電動機械盤車安裝就位,電源接通,方向及動作調(diào)試完成。⑧在水導(dǎo)軸承中心、水輪機大軸法蘭、發(fā)電機大軸法蘭、下導(dǎo)軸承中心、上導(dǎo)軸承中心處,+X、+Y位置徑向方向各架設(shè)1個百分表,在鏡板+X、+Y位置軸向各架設(shè)1個百分表;各表量程壓縮5 mm、大針對零。⑨各測點在同一方位作為起點,沿圓周方向?qū)⑤S領(lǐng)等分為8等分,反時針方向編號,各部位上下編號一致。
(2)盤車操作。檢查空氣間隙、水輪機止漏環(huán)間隙,間隙中無異物。各部位測量讀表人員到位后開始盤車,盤車時旋轉(zhuǎn)方向為順時針,第一圈為不間斷旋轉(zhuǎn),檢查各部位是否存在卡阻等現(xiàn)象。在各部位百分表歸零后開始正式盤車,盤車中在每個等分點處停留片刻,讀取百分表讀數(shù),做好記錄。根據(jù)規(guī)范要求,發(fā)電機上、下導(dǎo)軸承及法蘭處相對擺度不超過0.03 mm/m,水導(dǎo)軸承處相對擺度不超過0.05 mm/m。
首次盤車記錄顯示:下導(dǎo)、水導(dǎo)、水輪機法蘭同心度較好;水輪機法蘭與發(fā)電機法蘭連接處存在偏心現(xiàn)象,但偏心值不大,對于低水頭,低轉(zhuǎn)速機組可以不做進一步處理;發(fā)電機上端軸存在偏心現(xiàn)象,偏心值為0.85 mm。數(shù)據(jù)分析表明,該偏心點的最大值位于7號點與8號點之間,角度為7號加30°位置。在處理偏心時,從該點往相對方向平移上端軸0.85 mm,在平移過程中全程監(jiān)視法蘭面位置,確保位移量精確。
平移上端軸后,經(jīng)過2次微調(diào),機組盤車數(shù)據(jù)見表1、2。
表1 盤車擺度測量記錄0.01 mm
表2 盤車全擺度和凈擺度值 (X向)0.01 mm
多段軸結(jié)構(gòu)的水輪發(fā)電機組軸系是由多個部件的加工精度及安裝精度來保證,在軸系檢查過程中,影響軸系線性的因數(shù)存在偶然性,同一電站不同編號機組遇到軸線不好的因數(shù)不固定,在安裝過程中,根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)進行分析,找出軸線不正原因,找準(zhǔn)部位、有針對性處理出現(xiàn)的問題。