悬吊式水轮发电机组整体盘车对转动部分平衡的测定

悬吊式水轮发电机组整体盘车对转动部分平衡的测定
钟厚德
【摘要】针对出口到挪威的悬吊式水轮发电机组在安装时整体盘车出现的问题,对转动部分进行了测定分析,找出了问题所在并予以解决,经第三方现场检测,机组各项轴瓦温度及振动幅值和摆度,均达到规范要求,圆满完成了出口机组的安装任务.
【期刊名称】《装备制造技术》
【年(卷),期】2012(000)005
【总页数】3页(P151-153)
【关键词】悬吊式水轮发电机组;盘车;转子平衡
【作者】钟厚德
【作者单位】南宁产业投资有限责任公司,广西南宁530022
【正文语种】中文
【中图分类】TM312
挪威鲍利葛电站原有机组5台，经过改造扩容，增加了2台均由南宁发电设备总
厂提供的单机容量为10 MW的发电机组，扩容后该电站总装机容量为95 MW，新增装的这2台发电机为悬吊式结构。

2008年9 月至2009年7月，笔者在原工作单位南宁发电设备总厂曾带领16人
组成的专业队伍，承担出口到挪威鲍利葛电站的这2套10 MW水轮发电机组设
备的安装工程。

在安装过程中，针对1号机组在整体盘车时摆度出现异常的问题，
对整个盘车过程的各次摆度记录数据进行对比、分析，排查了可能造成影响的部位，根据多年的安装经验，发现了问题的症结并给予解决，使得盘车工作进行顺利，摆度亦合乎规范要求。

1 机组盘车的摆度超差问题
机组采取一次性整体盘车，机组联轴后参照GB/T8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》第9.5.7中条款c）推力轴承刚性盘车，各轴瓦受力应初调均匀，镜板
水平偏差应在0.02 mm/m以内，并调整靠近推力头的导轴瓦的单侧间隙，一般
为0.03～0.05 mm。

上导轴承为分块瓦共12块，在X、Y方向对称抱4块瓦。

为了使4块轴瓦间隙均匀，分别在轴承瓦面与主轴轴承位之间垫上0.05 mm的薄铜片，对称打紧楔子板，并测量锁板到导轴承端面的距离H做好记录，然后松开取出薄铜片，再调整好原
记录在案的距离H，用塞规检查各块轴瓦间隙基本都在0.05 mm的范围内。

机组调整符合技术规范要求后，在X、Y方向，分别在上导、下导轴承位、联轴法兰、水导轴承位安放百分表监测盘车摆度，以原厂内联轴校摆的8个等分点作为
基准（如图1）。

图1 内联轴校摆的8个等分点
启动高压顶起转动部分后，把第一点转到X标位置上。

把百分表调对坐标上的点，开始第一次盘车。

转动过程中觉得非常沉重，4条推杆用16个人合力来推，第一
次盘车数据记录见表1。

根据GB/T8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》第9.5.7条表33的规定，
机组轴线的允许摆度值（双振幅），参照本机组的转速属于250 r/min以下的机组，发电机轴允许的相对摆度为0.03 mm/m；水轮机轴允许的相对摆度为0.05 mm/m；根据摆度允许值，可计算出机组部位的允许值。

从第一次盘车记录的数据来看，1、8、7、6 点，百分表显示出的读数均为正值，
而2、3、4、5的数值为负值。

从这些数据分布看，总觉得有点异常，觉得这些数据总是一边倒。

这轴线不是一条垂直线，象是一条斜线只是绕着抱轴的上导瓦转动而己。

而且这些数据还有一个特点，正值由小到大，负值却是由大到小，轴线没有出现折弯点。

类似这样的问题，有必要进行深入分析。

第一次盘车计算出各部位相对摆度数据记录（见表2）
表1 第一次盘车数据记录表（单位：mm）坐标1 2 3 4 5 6 7 8百分表读数全摆度测量位置水导轴承A 0主轴法兰B下导轴承C上导轴承D相对点测量位置水导轴承A XYXYXYX Y坐0.14 0 0.06 0 0.04 0 0.01-0.13-0.12-0.06-0.05-0.04-
0.03 0.025 0.03-0.14-0.13-0.07-0.11-0.03-0.065 0.03 0.035-0.15-0.17-0.06-0.05-0.035-0.04 0.025 0.03-0.29-0.17-0.13-0.08-0.09-0.06 0.025 0.01 0.16 0.14 0.07 0.07 0.03 0.04-0.01-0.015 0.13 0.10 0.06 0 0.04 0-0.01 0 0.135
0.10 0.06 0.06 0.03 0.03-0.01-0.01标XYXYXYXY 1～5 2～6 3～7 4～8主轴法兰B下导轴承C上导轴承D 0.29 0.31 0.13 0.14 0.09 0.10-0.25 0-0.29-0.26-
0.13-0.12-0.07-0.07 0.035 0.045-0.27-0.26-0.13-0.11-0.07-0.065 0.04 0.035-0.285-0.27-0.12-0.11-0.065-0.07 0.035 0.04
表2 相对摆度情况记录表（单位：mm）测量位置水导轴承A允许偏差（mm/m）坐标相对摆度0.05主轴法兰B 0.03下导轴承C 0.03上导轴承D 0.03 XYXYXYXY 1～5 0.036 0.035 0.036 0.033 0.037 0.033 0.025 0 2～6 0.037 0.035 0.039
0.036 0.034 0.037 0.035 0.045 3～7 0.036 0.035 0.04 0.035 0.036 0.033 0.04 0.035 4～8 0.037 0.036 0.039 0.035 0.033 0.036 0.035 0.04
从表2看，除了水导轴承位符合中标GB/T8564-2003规定的允许偏差值之外，
其各部位都已超出规定范围。

再从表1的盘车数据来看，纵使计算的相对摆度符
合规定要求，笔者认为轴线也要进一步调整。

其实，目前这条轴线并非是一条垂直的轴线，是一条绕着上导轴承瓦旋转的斜线。

见图2所示。

图2 轴线偏摆示意图
2 原因分析
2.1 寻找轴线偏摆原因的思路
出现这种状况，笔者认为应从3个方面考虑：
（1）推力轴承瓦受力不均；
（2）推力头环键槽不垂直或是环键两端面不平行；（3）转动部分不平衡。

2.2 对可能产生轴线偏摆原因的分析
对可能产生轴线偏摆原因分析如下：
（1）推力轴承瓦受力不均的原因，可以排除。

如果是受力不均，盘转时每点的数据都会变动，不会出现表1中的数据；
（2）推力头环键槽不垂直，或是环键两端面不平行，都有可能出现这种情况。

当推力头受力以后，环键槽上端面和环键的上端面就会压平，这样推力头与镜板把合，就会形成一个斜面。

盘车转动起来a面总是正值、b面则总是出现负值，上导的测点的数值正好与之相反；
（3）转动部分不平衡，也会出现与上述（2）相似的情形，如果出现的不平衡点
在转子上或是在转轮上，都是会产生类似情况。

根据以上分析，我们先用塞规检查推力头的环键槽与环键配合状况，看是否符合相关规定。

经检查，推力头上、下端面用0.02 mm塞规插不进，这证明推力头的配合是良好的。

再检查上导轴承瓦的间隙，上导轴承瓦上、下间隙均匀不存在倾斜现象。

各种可能产生偏摆的现象排除后，觉得问题应出在转动部分的平衡上。

转轮在厂内已做过静平衡，出现问题的可能性应当较小，而转子磁轭是在工地现场叠压，出现不平衡的机率也许就比较大。

2.3 对产生超差原因的确认
为此，笔者认为有必要重新校核转子平衡。

因为，刚才检查导轴承瓦的间隙是在静压状况下进行的，现在启动高压顶起液压装置，把转动部分顶起来，让转动部分处于悬浮状态下，再检查上导轴承瓦的间隙。

转动部分顶起来后，经过检查4块导瓦，X、Y方向轴上的分布点为第1点和第7点，这个方位的导瓦，上面间隙大，下面间隙小；分布点上的第3和第5点的这两块导瓦恰好相反，上小下大；导瓦
上下间隙相差0.02 mm。

这样，总算证实了偏差是受磁轭不平衡的影响所致。

3 问题的解决
找到了问题的症结，下一步是要对转子磁轭添加平衡块。

其方法有二：一是反复试验，做到平衡为止；二是先计算好应添加平衡块的净质量，一次添加完成。

利用静力平衡条件，计算出两端质量差t，设
两端质量分别为 t1、t2；
两端半径差为1.mm；
两半径分别为 r1、r2；
两端的净质量相等为T=45 000 kg；
转子直径为D=4 700 mm。

根据静力平衡条件计算t1、t2的值
计算得应该加平衡块的净质量为19.1 kg，添加在分布点的7点和8点之间。

加好了平衡块，重新对各部位进行校核合格后，启动高压顶起液压装置，顶起转动部分。

就在转动部分顶起来之时，奇迹发生了，转动部分在没有外力作用的情况下，却自己滴溜溜地转动了起来。

这一奇迹，是笔者多年来从未见到过的，就连刚才一起盘车时推得气喘如牛的外籍人士，看到了也感到有点神奇。

第二次盘车数据记录如表3。

表3 第二次盘车数据记录表坐标12345678百分表读数全摆度绝对摆度测量位置水导轴承A主轴法兰B下导轴承C上导轴承D相对点测量位置水导轴承A XYXYXYX Y坐0.01 0.05 0-0.008 0 0.01 0 0.001 0.135 0.10 0.06 0.04 0.02 0.01 0.005 0.006 1～5 2～6 3～7 4～8-0.12-0.05-0.05-0.068-0.005 0.002-0.006 0.001-0.114-0.051-0.044-0.069 0.001 0.001 0.10 0.12 0 0.06 0.015 0.005 0.006 0.005 0.09 0.12 0.05-0.02 0.01 0.015 0.002 0.007 0.18 0.10 0.06 0.05 0.002 0.01 0.001 0.001 0.13 0.10 0.05 0.06 0.005 0.008 0.006 0 0.13 0.14 0.05 0.07 0.02 0.015 0.005 0.005 0.13 0.10 0.06 0 0.015 0-0.006 0.003 0.045主轴法兰B 00下导轴承C上导轴承D水导轴承A主轴法兰B下导轴承C 标XYXYXYXYXYXYXY-0.03-0.02-0.05-0.01-0.005-0.01 0.001 0-0.031-0.02-0.051-0.01-0.006-0.01-0.04 0.02-0.01-0.02-0.005 0.015-0.008 0.004-0.032 0.016-0.002-0.024 0.003 0.011 0.01-0.018 0-0.004-0.005 0.049 0.005 0.004 0.015-0.014 0.005
表3的盘车数据来看，无论是上导、下导、主轴法兰及水导各部位，都有了很明显的变化，转子添加了平衡块以后，轴线有了很大的改善。

这也进一步证明了转子要求进行动平衡，是很有必要的。

同时监测到镜板的轴向摆度为0.04 mm，按国标GB/T8564-2003的表34镜板允许的轴向摆度属≤0.15 mm系列，故此，轴向摆度符合标准规定要求。

再看表4计算出的相对摆度。

表4 相对摆度数据表允许偏差（mm/m）坐标相对摆度测量位置水导轴承A 0.05主轴法兰B 0.03下导轴承C 0.03上导轴承D 0.03 XYXYXYXY 1～5 0.013 0.005 0.01 0.016 0.003 0.002 0.0002 0 2～6 0.004 0.002 0.005 0.005 0.002 0.003 0.003 0 3～7 0.004 0.002 0.003 0.005 0.003 0.003 0.004 0.003 4～8 0.005 0.005 0.001 0.003 0.003 0.003 0.004 0.004
从表4分析，机组转动部分的轴线是一条很理想的轴线。

因此，当转动部分在高
压顶起时，会在没有任何外力的情况下，自己就转动起来了。

这与轴线的垂直和转动部分的平衡，有着必然的联系。

所以，转动部分在标准及图纸和相关的技术文件里，都强调机组要进行动平衡的必要性。

从以上的情况可以看出转动部分进行平衡，是很有必要的。

4 结束语
在水电机组安装当中，发电机转动部分平衡与否，不只是影响在安装过程中盘车轴线找正，更重要是影响到机组的运行。

通过盘车检查上导、下导、水导轴承位的摆度，利用盘车测量到的数据进行分析并作出相应的处理。

因此，盘车只是测定机组轴线是否符合规定要求及寻找原因的一种手段，而正确处理问题和解决问题以保证机组正常运行才是目的。

在机组安装过程中出现问题，不同的人有着不同的处理方法，但万变不离其宗，都要处理到符合相关规定和满足技术要求，确保机组可靠稳定运行，才能得到用户的认可和满意。

参考文献：
[1]GB/T8564-2003，水轮发电机组安装技术规范[S].。