水轮发电机组轴线处理方法

v1.0可编辑可修改11水水水轮轮轮发发发电电电机机机组组组轴轴轴线线线处处处理理理及及及调调调整整整v1.0可编辑可修改22一、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对称、转动与固定止漏环圆度不好及水涡轮中心位置正等原因所引起。（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置的，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置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，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/的机组转动频率等。v1.0可编辑可修改332、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置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。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v1.0可编辑可修改44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Ⅰ上所截得的直径2A即为Ⅰ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置，该圆直径O1O3＝O2O4=2A即为其摆度。轴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。v1.0可编辑可修改55oo4o1o2o3123456781'2'3'4'5'6'7'8'1〃2〃3〃4〃5〃6〃1〃8〃1〃'2〃'3〃'4〃'7〃'8〃'1〃'1〃'2A百分表图（二）旋转轴某水平截面的运动轨迹旋转轴轴号5的旋转轨迹轴号1的旋转轨由图可知，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v1.0可编辑可修改66同一部位不同方向所安设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）。152A-0.10mm1av1.0可编辑可修改771mm400mm1a0.002mm1mm-20mm1a1a10mm400mm1a0.13mm1a1a1mm1a1a1a1a0.155mm0.01mm方向轴号部位v1.0可编辑可修改880.01mm1mm1mm0.01mm7毫米1毫米1毫米0.01毫米0.15毫米0.155毫米0.1525毫米0.4275毫米2毫米0.01毫米2毫米0.01毫米30毫米0.15毫米84毫米0.42毫米0.01mm2mm0.01mm15mm42mm1米6.5米6.5米②式中：b'ｂ—图（十一）中所示的线段H法水＝米法兰至水导的垂直距离方向轴号部位v1.0可编辑可修改99为求的b'ｂ，需将发电机轴线延长至水导处即可得b'点。其中：Oｂ'＝T法.H发……………………………….③式中：H水＝10米为上导至水导的垂直距离代入公式③得：Oｂ'＝毫米/米×10米＝毫米在图（十一）中按同一比例尺2毫米＝毫米。将Oａ线延长至ｂ'点，使Oｂ'毫米即其实际长度为23丝，连接直线b'ｂ。由O点作直线Oｂ'，使Oｂ″平行于b'ｂ，用量角器量出Oｂ″与轴号3的夹角为32°，用直尺量出Oｂ″的长度为42毫米，按比例尺换算得Oｂ″毫米，Oｂ″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'ｂ＝Oｂ″＝毫米代入公式②得：T水＝毫米/米＝毫米/米T水的方位在与Oｂ″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）：表（三）竖轴水电机组轴线相对摆度允许值单位：毫米/米转速到轴名称100转/分250转/分400转/分750转/分发电机轴水轮机轴注：任何情况下水轮机导轴承的实际摆度要求在ｎ≤250转/分不超过毫米；ｎ≥250转/分不超过毫米。v1.0可编辑可修改1010对于我厂来讲，大机转速ｎ＝375转/分，发电机轴相对摆度应不超过毫米/米，也即其不垂直度不超过毫米，水导摆度不超过毫米。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ａｂ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（Ⅰ）表示加垫的方位与大小，加垫最大之为ｈ＝ｄｂ在ｂ处，它与发电机轴线不垂直度方位相反，加垫后推力头底面由ａｂ抬高至ａｄ；图（十二）之（Ⅱ）表示修刮的方位与大小，刮削最大值ｈ＝ｃａ在ｃ处，它与发电机轴线不垂直度的方位相同，通过刮削应将Δｂｃａ部分去掉，这时推力头与镜板之结合面由ａｂ变为ｂｃ。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＝米，则：推力头底面最大刮削（或加垫）量ｈ推＝T发.D推…………………….④v1.0可编辑可修改1111由前已算得T发＝毫米/米代入公式④ｈ推＝毫米/米×2米＝毫米＝丝（注：由于T发＝毫米/米毫米/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°。法兰最大刮削（加垫量）ｈ法＝T水.D法………………………⑤由前已算得T水＝毫米/米代入公式⑤ｈ法＝毫米/米×米＝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ｂ'ｂ线之中点C与O的连线，并以此线段OC的大小与方位作为推力头修刮（或加垫）量的计算依据，也即通过处理推力头底面使C点和O点重合。用直尺和量角器量得OC等于26毫米，按比例尺折算OC＝毫米，方位在轴号3偏2夹角为26°。由于OC线在水导出平面故可以认为由上导至水导的垂直距离内，轴线的综合倾斜值为OC，由此可得推力头的最大刮削量（或加垫量）为ｈ推＝推/H水………………………..⑥式中Oｃ＝毫米；D推＝2米；H水＝10米，代入公式⑥：ｈ推＝×2/10＝毫米≈3丝推力头刮削方位与Oｃ方位相同，在轴号3偏2夹角为26°；推力头加垫方位与Oｃ方位相反在轴号7偏6夹角为26°。按上述计算数值处理推力头后，在理论上ｂ'ｂ线移到了DF见图（十一），v1.0可编辑可修改1212DF通过O点，平行且等于ｂ'ｂ，由ａ点作直线ａE∥ｂ'D交DF于E点，则OE为发电机轴线，EF为水轮机轴线，由直尺和量角器量得OE＝14毫米；OF＝21毫米，按比例尺折算得OE=毫米，OF＝毫米，即求得法兰摆度为B法＝2OE=毫米，方位在轴号7偏8夹角为32°；水导摆度为B水＝2OF＝毫米，方位在轴号3偏4夹角为32°。五、轴线的调整与推力各瓦的受力调整1、轴线调整位置的确定竖轴水轮发电机组的安装，要求机组中心线是垂直的，机组中心线主要是指定子中心线与固定止漏环中心的连线。但由于安装时，定子中心位置的找正往往是通过挂钢琴线的办法通过已找好垂直后水轮机轴中心孔来进行的。我厂在多台机组扩大性大修中，由上部机架悬挂一钢琴线直至尾水管平台，测的各固定件的中心点来看，表