孫成玲,申岳進(jìn),徐海水,劉 洋,司紅建,錢忠裕
(1.江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司,江蘇 溧陽 213333;2.大唐陳村水力發(fā)電廠,安徽 涇縣 242500)
沙河抽水蓄能電站安裝兩臺(tái)立軸單級(jí)混流可逆式水泵水輪機(jī)及三相立軸懸式風(fēng)冷同步可逆式發(fā)電電動(dòng)機(jī)組,單機(jī)容量50 MW,由GE 公司(原法國(guó)ALSTOM)設(shè)計(jì)制造,于2002 年6、7 月份相繼投入商業(yè)運(yùn)行。自投產(chǎn)以來兩臺(tái)機(jī)組一直存在單上導(dǎo)限位無法盤車的問題。即每次盤車只能通過同時(shí)單上導(dǎo)、下導(dǎo)限位或者上導(dǎo)、水導(dǎo)限位的方式進(jìn)行盤車,只能檢查轉(zhuǎn)動(dòng)部件的軸向跳動(dòng),無法驗(yàn)證機(jī)組軸線的曲直情況,即下導(dǎo)、水導(dǎo)處的徑向擺度值是否符合GE 標(biāo)準(zhǔn)[1]。
2 號(hào)機(jī)組A 修期間對(duì)卡環(huán)、推力頭、鏡板、推力瓦、彈性油箱、連軸法蘭等關(guān)鍵部件(見圖1)進(jìn)行逐一排查。
圖1 關(guān)鍵部件示意圖
采用激光跟蹤儀對(duì)卡環(huán)形位尺寸進(jìn)行測(cè)量檢查。檢查結(jié)果:卡環(huán)上平面對(duì)稱方位的高度差0.06 mm(見圖2),不滿足GB8564 標(biāo)準(zhǔn)不大于0.02 mm 的要求;卡環(huán)下端面平面度(見圖2)、推力頭圓柱度及其與卡環(huán)垂直度(見圖3)、鏡板平面度(見圖4)滿足要求。
圖2 卡環(huán)上、下端面平面度
圖3 推力頭圓柱度及其與卡環(huán)垂直度
圖4 鏡板平面度
卡環(huán)上平面對(duì)稱方位高差0.06 mm,致使軸線產(chǎn)生傾斜,反映到水導(dǎo)處軸線偏差達(dá)1.178 mm [(0.06×8 228)/419],反映到上迷宮處軸線偏差達(dá)1.312 mm[(0.06×9 167.64)/419],反映到下迷宮處軸線偏差達(dá)1.499 mm[(0.06×10 464.64)/419]。由于卡環(huán)上端面平面度不滿足要求,致使機(jī)組盤車時(shí)若僅放置上導(dǎo)瓦限位,則出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)部件傾斜,下迷宮動(dòng)靜環(huán)接觸的現(xiàn)象,即無法盤車。
沙河抽水蓄能電站8 塊推力瓦安裝在彈性油箱上,彈性油箱主要由8 個(gè)支柱、8 片法蘭、8 個(gè)彈性金屬膜片、底座、密封件及連接螺栓等(見圖5)組裝成一個(gè)密閉的彈性裝置,其中彈性油箱內(nèi)部工作油壓為15 MPa。
圖5 彈性油箱
采用內(nèi)徑千分尺、游標(biāo)卡尺、深度尺等對(duì)推力瓦支柱高度、彈性油箱法蘭高度、彈性油箱底座高度、推力瓦厚度等分別進(jìn)行測(cè)量。結(jié)果如下:
8 塊推力瓦支柱本體高度:1 號(hào)72.12 mm,2 號(hào)72.02 mm,3 號(hào)72.06 mm,4 號(hào)72.04 mm,5 號(hào)71.96 mm,6 號(hào)71.91 mm,7 號(hào)72.02 mm,8 號(hào)72.08 mm,測(cè)量結(jié)果1 號(hào)、3 號(hào)、6 號(hào)、8 號(hào)不滿足要求,最大高差為0.21 mm,不滿足GE 標(biāo)準(zhǔn)。
彈性油箱法蘭內(nèi)徑1 號(hào)206.1 mm,2 號(hào)206.1 mm,3 號(hào)206.2 mm,4 號(hào)206.2 mm,5 號(hào)206.1 mm,6 號(hào)206.2 mm,7 號(hào)206 mm,8 號(hào)206.1 mm,推力瓦支柱外徑202~202.02 mm,即彈性油箱法蘭與推力瓦支柱配合間隙不滿足GE 標(biāo)準(zhǔn)。
8 塊推力瓦支柱置于彈性油箱內(nèi)的高度(測(cè)量點(diǎn)見圖6,單位mm)1 號(hào)(A:5.4;B:5.2;C:4.9;D:5.2),2 號(hào)(A:4.8;B:4.9;C:5.3;D:5.2),3 號(hào)(A:4.9;B:5.4;C:5.5;D:5.0),4 號(hào)(A:5.4;B:5.7;C:5.3;D:5.0),5 號(hào)(A:5.2;B:5.6;C:5.4;D:5.1),6 號(hào)(A:5.0;B:5.5;C:5.5;D:5.0),7 號(hào)(A:5.0;B:5.2;C:5.6;D:5.4),8 號(hào)(A:5.3; B:5.1;C:4.9;D:5.0)。8 個(gè)支柱最大高差達(dá)0.9 mm,同一支柱四個(gè)測(cè)量點(diǎn)最大高差達(dá)0.7 mm,不滿足GE 標(biāo)準(zhǔn)。
圖6 支柱高度測(cè)量點(diǎn)
8 個(gè)彈性油箱法蘭高度(以彈性油箱底座為基準(zhǔn)高75 mm)和8 塊推力瓦厚度(139.82~139.84 mm)均滿足要求。
抽水蓄能機(jī)組軸線的測(cè)量和調(diào)整,包括發(fā)電電動(dòng)機(jī)主軸軸線的測(cè)量和調(diào)整、發(fā)電電動(dòng)機(jī)與水泵水輪機(jī)主軸連接后總軸線的測(cè)量調(diào)整,可分段逐項(xiàng)進(jìn)行,也可以一并綜合進(jìn)行。其中發(fā)電電動(dòng)機(jī)主軸軸線的測(cè)量,是為了檢查主軸與鏡板的不垂直度,測(cè)出其數(shù)值和方位,通過采取加墊或者修刮卡環(huán)等措施,使機(jī)組各部位擺度符合標(biāo)準(zhǔn)要求[2]。
軸線測(cè)量前要做好以下準(zhǔn)備工作:
(1)調(diào)整推力瓦受力,使鏡板處于水平狀態(tài)。
(2)在上導(dǎo)軸徑(推力頭外圓)、下導(dǎo)及水導(dǎo)軸徑處,沿圓周劃8 等分線,上下兩部分的等分線在同一方位上,按逆時(shí)針方向順次對(duì)應(yīng)編號(hào)。具體做法:先在推力頭上作8 等分線,在+Y 處裝表,然后再在下導(dǎo)、水導(dǎo)+Y 處也裝表,采取點(diǎn)停方式,按上導(dǎo)編號(hào)編出下導(dǎo)、水導(dǎo)盤車號(hào)。
(3)安裝推力頭處的導(dǎo)軸瓦(懸式為上導(dǎo)瓦,傘式為下導(dǎo)瓦)用以控制主軸徑向位移,瓦面涂薄而均勻的透平油或豬油。瓦背抗重螺栓用扳手輕輕扳緊,以盤車過程中主軸位移在0.03~0.05 mm 為宜。
(4)檢查各轉(zhuǎn)動(dòng)與固定部件縫隙處無異物卡阻及刮碰。
沙河抽水蓄能電站主機(jī)屬于立軸懸式可逆式機(jī)組,整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量通過卡環(huán)、推力頭、鏡板、推力瓦、彈性油箱等落在上機(jī)架上。鑒于卡環(huán)上平面度、彈性油箱支柱高差、彈性油箱支柱與彈性油箱法蘭配合間隙存在超標(biāo)問題,安全起見,現(xiàn)場(chǎng)采取了在推力頭與鏡板間加墊方式進(jìn)行軸線調(diào)整[3]。
工藝過程:上導(dǎo)裝對(duì)稱5 塊瓦(單邊間隙0.02~0.03 mm),下導(dǎo)裝對(duì)稱3 塊瓦輔助,下導(dǎo)瓦的間隙值為單邊0.5 mm,目的是保障上下迷宮動(dòng)靜環(huán)不接觸。盤車前上導(dǎo)+Y 和+X 方向分別設(shè)垂直方向2 塊百分表,上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)互成90°方向垂直對(duì)應(yīng)方位各設(shè)百分表2 塊。采取到點(diǎn)停的方式盤車,記錄盤車數(shù)據(jù),同時(shí)用框式水平儀分別記錄推力頭上端面對(duì)應(yīng)8 點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)水平。對(duì)旋轉(zhuǎn)水平進(jìn)行分析計(jì)算,若鏡板旋轉(zhuǎn)水平滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,則按照(1)工序進(jìn)行后續(xù)工作;若旋轉(zhuǎn)水平不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求,則先按照(2)工序進(jìn)行后續(xù)工作,之后再按照(1)工序進(jìn)行后續(xù)工作。
(1)分析下導(dǎo)、水導(dǎo)擺度數(shù)據(jù),根據(jù)水導(dǎo)處的擺度數(shù)據(jù)計(jì)算出推力頭與鏡板間加墊的方位和厚度。
(2)根據(jù)旋轉(zhuǎn)水平數(shù)據(jù),計(jì)算上機(jī)架8 個(gè)支腿的加墊厚度,再次盤車,待旋轉(zhuǎn)水平滿足標(biāo)準(zhǔn)要求后,再通過(1)工序?qū)C(jī)組軸線調(diào)整。
效果驗(yàn)證:上導(dǎo)放對(duì)稱5 塊瓦(單邊間隙0.02~0.03 mm),下導(dǎo)放對(duì)稱3 塊瓦(單邊間隙0.02~0.03 mm),推力頭±Y 和±X 方向分別設(shè)垂直方向2 塊、水平方向2 塊百分表,上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)互成90°方向垂直對(duì)應(yīng)方位各設(shè)百分表2 塊。采取到點(diǎn)停的方式盤車,記錄盤車數(shù)據(jù),同時(shí)用框式水平儀分別記錄推力頭上端面對(duì)應(yīng)的8 點(diǎn)處的旋轉(zhuǎn)水平。分別對(duì)軸向跳動(dòng)、旋轉(zhuǎn)水平、徑向擺度進(jìn)行分析計(jì)算,均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。盤車工作結(jié)束。
導(dǎo)瓦安裝:機(jī)組彈性盤車后,導(dǎo)軸瓦回裝過程中,上導(dǎo)瓦單邊間隙0.23 mm(標(biāo)準(zhǔn)0.25±0.02 mm),下導(dǎo)瓦總間隙0.46 mm(標(biāo)準(zhǔn)0.5±0.04 mm),單邊間隙結(jié)合盤車數(shù)據(jù)確定,水導(dǎo)瓦總間隙0.46 mm(標(biāo)準(zhǔn)0.5±0.04 mm),單邊間隙結(jié)合盤車數(shù)據(jù)確定。
第一次盤車。盤車狀態(tài):上導(dǎo)限位(5 塊上導(dǎo)瓦單邊0.03~0.05 mm),下導(dǎo)輔助(3 塊下導(dǎo)瓦單邊0.5 mm),水輪機(jī)部分處于自由狀態(tài)。盤車數(shù)據(jù),水導(dǎo)最大全擺度1.21 mm 嚴(yán)重超標(biāo)(GE 標(biāo)準(zhǔn)不大于0.39 mm,GB 8564 標(biāo)準(zhǔn)不大于0.32 mm),鑒于之前未進(jìn)行過軸線調(diào)整工作,經(jīng)保守計(jì)算,在推力頭和鏡板之間6、7、8 方位(7 偏6)加0.05 mm 不銹鋼墊片。
第二次盤車。盤車狀態(tài):上導(dǎo)限位,下導(dǎo)完全松開,水輪機(jī)部分處于自由狀態(tài)。盤車數(shù)據(jù)反應(yīng)機(jī)組軸線趨好,即水導(dǎo)最大全擺度降為1.07 mm,經(jīng)計(jì)算進(jìn)行第二次加墊,在6、7、8 方位(7 偏8)加0.05 mm不銹鋼墊片。
第三次盤車。盤車狀態(tài)同第二次。盤車數(shù)據(jù)改善明顯,即水導(dǎo)最大全擺度降為0.45 mm。通過數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)合前面兩次加墊情況,進(jìn)行第三次加墊,在5、6、7 方位(6 偏5)加0.03 mm 不銹鋼墊片。
第四次盤車。此次盤車數(shù)據(jù)水導(dǎo)最大全擺度降為0.15 mm,完全滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。
綜上所述,軸線調(diào)整后加墊情況為方位5 加墊0.03 mm,方位6 加墊0.08 mm,方位7 加墊0.1 mm,方位8 加墊0.05 mm。3 塊不銹鋼墊片分別穿過6、7方位的固定螺栓及8 方位的定位銷,并位于鏡板上端面12 mm 深止口內(nèi),機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行中無甩出風(fēng)險(xiǎn)。
沙河抽水蓄能電站2 號(hào)機(jī)組通過4 次盤車、3次加墊的方式對(duì)機(jī)組軸線進(jìn)行了調(diào)整。調(diào)整后靜態(tài)盤車時(shí)下導(dǎo)、水導(dǎo)處凈擺度由起初的0.52 mm、1.21 mm 降為0.08 mm、0.14 mm,同時(shí)滿足GE 標(biāo)準(zhǔn)和GB 8564 標(biāo)準(zhǔn)。動(dòng)態(tài)運(yùn)行時(shí)機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)表明2 號(hào)機(jī)組振動(dòng)、擺度、瓦溫等均得到明顯改善。
上導(dǎo)擺度分別比首輪A 修后、本次A 修前降低29%、33%;下導(dǎo)擺度分別降低18%、20%;水導(dǎo)擺度特別是在抽水工況下大幅降低,平均值分別降低30%、32%;頂蓋振動(dòng)分別降低44%、44%;尾水管振動(dòng)分別降低22%、23%。由此可見,軸線調(diào)整后機(jī)組振動(dòng)、擺度等主要運(yùn)行參數(shù)得到了大幅改善,達(dá)到ISO 7919-5 標(biāo)準(zhǔn)的A 區(qū)水平(即最優(yōu)水平,機(jī)組可不加限制地運(yùn)行),對(duì)機(jī)組長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行意義重大。
表1 軸線調(diào)整后機(jī)組振擺參數(shù)對(duì)比
機(jī)組整體運(yùn)行溫度較修前明顯降低(約8~9℃)。另外,各軸瓦溫度也較去年同期有不同程度下降,分別降低約3~4℃。機(jī)組運(yùn)行溫度的降低,有利于各部件運(yùn)行壽命的延長(zhǎng)。
表2 機(jī)組溫度參數(shù)對(duì)比
沙河抽水蓄能電站于2023 年2 號(hào)機(jī)組A 修期間通過綜合論證,采取了在推力頭與鏡板間加墊的方式對(duì)機(jī)組軸線進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整后機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性得到大幅改善,綜合運(yùn)行水平縱向比較優(yōu)于投產(chǎn)初期及上一輪A 修后水平,橫向比較整體優(yōu)于1 號(hào)機(jī)組,達(dá)歷史最優(yōu)。同時(shí)結(jié)束了困擾電站多年的僅設(shè)單上導(dǎo)限位無法盤車的歷史。該工藝的成功實(shí)施可為同類機(jī)組解決類似問題提供參考。