加垫法在悬式抽水蓄能机组轴线调整中的应用.pdf

10第 46 卷 第 10 期2023 年 10 月Vol.46No.10Oct.2023水 电 站 机 电 技 术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStation0 简介沙河抽水蓄能电站安装两台立轴单级混流可逆式水泵水轮机及三相立轴悬式风冷同步可逆式发电电动机组，单机容量 50 MW，由 GE 公司（原法国ALSTOM）设计制造，于 2002 年 6、7 月份相继投入商业运行。自投产以来两台机组一直存在单上导限位无法盘车的问题。即每次盘车只能通过同时单上导、下导限位或者上导、水导限位的方式进行盘车，只能检查转动部件的轴向跳动，无法验证机组轴线的曲直情况，即下导、水导处的径向摆度值是否符合GE标准1。1 原因分析2 号机组 A 修期间对卡环、推力头、镜板、推力瓦、弹性油箱、连轴法兰等关键部件（见图 1）进行逐一排查。图 1 关键部件示意图1.1 转动部件直线度不满足要求采用激光跟踪仪对卡环形位尺寸进行测量检查。检查结果：卡环上平面对称方位的高度差0.06 mm（见图 2），不满足 GB8564 标准不大于0.02 mm 的要求；卡环下端面平面度（见图 2）、推力头圆柱度及其与卡环垂直度（见图 3）、镜板平面度（见图 4）满足要求。图 2 卡环上、下端面平面度图 3 推力头圆柱度及其与卡环垂直度图 4 镜板平面度收稿日期：2023-08-24作者简介：孙成玲（1977-），女，高级工程师，从事抽水蓄能电站生产、运行、检修、设备改造等管理工作。加垫法在悬式抽水蓄能机组轴线调整中的应用孙成玲1，申岳进1，徐海水2，刘 洋2，司红建1，钱忠裕1（1.江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏 溧阳 213333；2.大唐陈村水力发电厂，安徽 泾县 242500）摘 要：沙河抽水蓄能电站两台机组自 2002 年投产以来一直存在单上导限位无法盘车的问题，2023 年通过采取在推力头和镜板间加垫的措施，彻底解决该问题，轴线调整后，机组运行瓦温、振动、摆度等参数较调整前降幅明显，达历史最优。该案例可为同类型机组处理类似问题提供参考。关键词：加垫法；抽水蓄能；轴线调整；分析应用中图分类号：TV734.1文献标识码：B文章编号：1672-5387（2023）10-0010-04D O I：10.13599/ki.11-5130.2023.10.00311第 46 卷水 电 站 机 电 技 术卡环上平面对称方位高差 0.06 mm，致使轴线产生倾斜，反映到水导处轴线偏差达 1.178 mm （0.06 8 228）/419，反映到上迷宫处轴线偏差达 1.312 mm （0.069 167.64）/419，反映到下迷宫处轴线偏差达1.499 mm（0.0610 464.64）/419。由于卡环上端面平面度不满足要求，致使机组盘车时若仅放置上导瓦限位，则出现转动部件倾斜，下迷宫动静环接触的现象，即无法盘车。1.2 推力瓦水平不满足要求沙河抽水蓄能电站 8 块推力瓦安装在弹性油箱上，弹性油箱主要由 8 个支柱、8 片法兰、8 个弹性金属膜片、底座、密封件及连接螺栓等（见图 5）组装成一个密闭的弹性装置，其中弹性油箱内部工作油压为 15 MPa。图 5 弹性油箱采用内径千分尺、游标卡尺、深度尺等对推力瓦支柱高度、弹性油箱法兰高度、弹性油箱底座高度、推力瓦厚度等分别进行测量。结果如下：8 块推力瓦支柱本体高度：1 号 72.12 mm，2 号72.02 mm，3 号 72.06 mm，4 号 72.04 mm，5 号 71.96 mm，6 号 71.91 mm，7 号 72.02 mm，8 号 72.08 mm，测量结果 1 号、3 号、6 号、8 号不满足要求，最大高差为0.21 mm，不满足 GE 标准。弹性油箱法兰内径 1 号 206.1 mm，2 号 206.1 mm，3 号 206.2 mm，4 号 206.2 mm，5 号 206.1 mm，6 号206.2 mm，7 号 206 mm，8 号 206.1 mm，推力瓦支柱外径 202202.02 mm，即弹性油箱法兰与推力瓦支柱配合间隙不满足 GE 标准。8 块推力瓦支柱置于弹性油箱内的高度（测量点见图6，单位mm）1号（A：5.4；B：5.2；C：4.9；D：5.2），2 号（A：4.8；B：4.9；C：5.3；D：5.2），3 号（A：4.9；B：5.4；C：5.5；D：5.0），4 号（A：5.4；B：5.7；C：5.3；D：5.0），5 号（A：5.2；B：5.6；C：5.4；D：5.1），6 号（A：5.0；B：5.5；C：5.5；D：5.0），7 号（A：5.0；B：5.2；C：5.6；D：5.4），8 号（A：5.3；B：5.1；C：4.9；D：5.0）。8 个支柱最大高差达 0.9 mm，同一支柱四个测量点最大高差达 0.7 mm，不满足 GE 标准。图 6 支柱高度测量点8 个弹性油箱法兰高度（以弹性油箱底座为基准高 75 mm）和 8 块推力瓦厚度（139.82139.84 mm）均满足要求。2 加垫调整2.1 通用工艺抽水蓄能机组轴线的测量和调整，包括发电电动机主轴轴线的测量和调整、发电电动机与水泵水轮机主轴连接后总轴线的测量调整，可分段逐项进行，也可以一并综合进行。其中发电电动机主轴轴线的测量，是为了检查主轴与镜板的不垂直度，测出其数值和方位，通过采取加垫或者修刮卡环等措施，使机组各部位摆度符合标准要求2。轴线测量前要做好以下准备工作：（1）调整推力瓦受力，使镜板处于水平状态。（2）在上导轴径（推力头外圆）、下导及水导轴径处，沿圆周划 8 等分线，上下两部分的等分线在同一方位上，按逆时针方向顺次对应编号。具体做法：先在推力头上作 8 等分线，在+Y 处装表，然后再在下导、水导+Y 处也装表，采取点停方式，按上导编号编出下导、水导盘车号。（3）安装推力头处的导轴瓦（悬式为上导瓦，伞式为下导瓦）用以控制主轴径向位移，瓦面涂薄而均匀的透平油或猪油。瓦背抗重螺栓用扳手轻轻扳紧，以盘车过程中主轴位移在 0.030.05 mm 为宜。（4）检查各转动与固定部件缝隙处无异物卡阻及刮碰。2.2 调整过程沙河抽水蓄能电站主机属于立轴悬式可逆式机组，整个转动部件重量通过卡环、推力头、镜板、推力瓦、弹性油箱等落在上机架上。鉴于卡环上平面度、弹性油箱支柱高差、弹性油箱支柱与弹性油箱法兰配合间隙存在超标问题，安全起见，现场采取了在推12第 46 卷水 电 站 机 电 技 术力头与镜板间加垫方式进行轴线调整3。工 艺 过 程：上 导 装 对 称 5 块 瓦（单 边 间 隙0.020.03 mm），下导装对称 3 块瓦辅助，下导瓦的间隙值为单边 0.5 mm，目的是保障上下迷宫动静环不接触。盘车前上导+Y 和+X 方向分别设垂直方向2 块百分表，上导、下导、水导互成 90 方向垂直对应方位各设百分表 2 块。采取到点停的方式盘车，记录盘车数据，同时用框式水平仪分别记录推力头上端面对应 8 点处的旋转水平。对旋转水平进行分析计算，若镜板旋转水平满足标准要求，则按照（1）工序进行后续工作；若旋转水平不满足标准要求，则先按照（2）工序进行后续工作，之后再按照（1）工序进行后续工作。（1）分析下导、水导摆度数据，根据水导处的摆度数据计算出推力头与镜板间加垫的方位和厚度。（2）根据旋转水平数据，计算上机架 8 个支腿的加垫厚度，再次盘车，待旋转水平满足标准要求后，再通过（1）工序对机组轴线调整。效 果 验 证：上 导 放 对 称 5 块 瓦（单 边 间 隙0.020.03 mm），下 导 放 对 称 3 块 瓦（单 边 间 隙0.020.03 mm），推力头 Y 和 X 方向分别设垂直方向 2 块、水平方向 2 块百分表，上导、下导、水导互成 90 方向垂直对应方位各设百分表 2 块。采取到点停的方式盘车，记录盘车数据，同时用框式水平仪分别记录推力头上端面对应的 8 点处的旋转水平。分别对轴向跳动、旋转水平、径向摆度进行分析计算，均满足标准要求。盘车工作结束。导瓦安装：机组弹性盘车后，导轴瓦回装过程中，上导瓦单边间隙 0.23 mm（标准 0.250.02 mm），下导瓦总间隙 0.46 mm（标准 0.50.04 mm），单边间隙结合盘车数据确定，水导瓦总间隙 0.46 mm（标准0.50.04 mm），单边间隙结合盘车数据确定。第一次盘车。盘车状态：上导限位（5 块上导瓦单边 0.030.05 mm），下导辅助（3 块下导瓦单边0.5 mm），水轮机部分处于自由状态。盘车数据，水导最大全摆度 1.21 mm 严重超标（GE 标准不大于0.39 mm，GB 8564 标准不大于 0.32 mm），鉴于之前未进行过轴线调整工作，经保守计算，在推力头和镜板之间 6、7、8 方位（7 偏 6）加 0.05 mm 不锈钢垫片。第二次盘车。盘车状态：上导限位，下导完全松开，水轮机部分处于自由状态。盘车数据反应机组轴线趋好，即水导最大全摆度降为 1.07 mm，经计算进行第二次加垫，在 6、7、8 方位（7 偏 8）加 0.05 mm不锈钢垫片。第三次盘车。盘车状态同第二次。盘车数据改善明显，即水导最大全摆度降为 0.45 mm。通过数据计算结合前面两次加垫情况，进行第三次加垫，在5、6、7 方位（6 偏 5）加 0.03 mm 不锈钢垫片。第四次盘车。此次盘车数据水导最大全摆度降为 0.15 mm，完全满足相关标准。综上所述，轴线调整后加垫情况为方位 5 加垫0.03 mm，方位 6 加垫 0.08 mm，方位 7 加垫 0.1 mm，方位 8 加垫 0.05 mm。3 块不锈钢垫片分别穿过 6、7方位的固定螺栓及 8 方位的定位销，并位于镜板上端面 12 mm 深止口内，机组长期运行中无甩出风险。3 取得成效沙河抽水蓄能电站 2 号机组通过 4 次盘车、3次加垫的方式对机组轴线进行了调整。调整后静态盘车时下导、水导处净摆度由起初的 0.52 mm、1.21 mm 降为 0.08 mm、0.14 mm，同时满足 GE 标准和 GB 8564 标准。动态运行时机组稳定性试验及动态运行数据表明 2 号机组振动、摆度、瓦温等均得到明显改善。上导摆度分别比首轮 A 修后、本次 A 修前降低 29%、33%；下导摆度分别降低 18%、20%；水导摆度特别是在抽水工况下大幅降低，平均值分别降低30%、32%；顶盖振动分别降低 44%、44%；尾水管振动分别降低 22%、23%。由此可见，轴线调整后机组振动、摆度等主要运行参数得到了大幅改善，达到 ISO 7919-5 标准的 A 区水平（即最优水平，机组可不加限制地运行），对机组长期安全稳定运行意义重大。表 1 轴线调整后机组振摆参数对比高、低水头平均值投产初期首轮 A修后1 号机A 修后本次 A修前本次 A健后规范求(A 区)上导摆度平均值/m380180152193129220下导摆度平均值/m2801158311995160水导摆度平均值/m-166207141170顶盖振动平均值/mm/s0.80.70.630.70.392尾水管振动平均值/mm/s0.50.250280.260.21.6（下转第 1 8 页）18第 46 卷水 电 站 机 电 技 术行铁心发生收缩时，碟簧的压缩量将会补偿穿心螺杆的伸长量，使定子铁心仍然能够维持足够的压紧力，以保证定子铁心长期运行后不松动3。图 3 改造后定子铁心压紧结构在工艺措施方面，为了保证定子铁心的压紧质量，抱子石 1 号机铁心叠片时采用分段压紧的方式，并在铁损试验后再次压紧。此外，抱子石 1 号机定子铁心端部采用粘胶片结构，加强了铁心端部的整体性4。铁心采用浮动鸽尾定位筋结构，能够适应铁心热膨胀，消除了热膨胀的内应力，防止铁心翘曲变形。5 改造效果2023 年 1 月，抱子石电站 1 号机定子及其辅助部件改造完成并顺利投入商业运行。发电机通风温升试验结果如表 2 所示。表 2 电站 1号机定子改造前后定转子温升对比项目改造前改造后温升降低值定子温升/K98.652.346.3转子温升/K56488由发电机温升试验数据可知：（1）电站 1 号发电机在额定容量、额定电压、额定功率因数运行至热稳定时，定子线圈最高温升为52.3 K，较改造前的 98.6 K 温升降低了 46.3 K。（2）电站 1 号发电机在额定容量、额定电压、额定功率因数运行至热稳定时，转子线圈平均温升48 K，较改造前的 56 K 降低了 8 K。改造后的发电机定子温度显著降低，解决了定子铁心松动的问题，达到了改造的预期目标。该机组的成功改造经验，为后续同类型水轮发电机定子改造提供了宝贵借鉴。参考文献：1江贤义.浅析水轮发电机定子铁心松动的原因及技改措施 J.福建水力发电，2021（1）：47-50，69.2白延年.水轮发电机设计与计算 M.北京：机械工业出版社，1982.3陈锡芳.水轮发电机结构运行监测与维修 M.北京：中国水利水电出版社，2008.4刘景平.高砂电站灯泡贯流水轮发电机组的定子改造 J.小水电，2009（6）：45-46.机 组 整 体 运 行 温 度 较 修 前 明 显 降 低（约89）。另外，各轴瓦温度也较去年同期有不同程度下降，分别降低约 34。机组运行温度的降低，有利于各部件运行寿命的延长。表 2 机组温度参数对比取平均值/投产初期首轮 A修前1 号机A 修后本次 A修前本次 A 修后(48 Hz 降频)环境温度（6 月）上导瓦温454342474530推力瓦温646060696430下导瓦温565554605630水导瓦温4445424744304 结语沙河抽水蓄能电站于 2023 年 2 号机组 A 修期间通过综合论证，采取了在推力头与镜板间加垫的方式对机组轴线进行调整，调整后机组运行稳定性得到大幅改善，综合运行水平纵向比较优于投产初期及上一轮 A 修后水平，横向比较整体优于 1 号机组，达历史最优。同时结束了困扰电站多年的仅设单上导限位无法盘车的历史。该工艺的成功实施可为同类机组解决类似问题提供参考。参考文献：1吕玉忠，陈居森，祁美莲.超大型立式水轮发电机组轴线检测及调整工艺探讨 J.四川水力发电，2021，31（5）：5-8.2李伟，张坤祥，赵兵.水轮发电机组镜板水平与轴线摆度同步调整方法的探讨 J.水电站机电技术，2017，40（2）：15-17，25.3戴昆.三峡左岸电站 VGS 水轮发电机组轴线调整及总装J.水电站机电技术，2004（2）：1-4，113.（上接第 1 2 页）