水轮发电机主轴弯曲的修复郑世昌

水轮发电机主轴弯曲的修复郑世昌

郑世昌常富

（水利部长春机械研究所）

摘要：本文对水发动机主轴弯曲所带来的机组振动和下导轴承温度升高情况进行了分析探讨，对主轴弯曲返厂修复的过程进行了阐述分析，对主轴弯曲的修复工作有一定的借鉴作用。

关键词：水轮；发电机主轴；弯曲修复

一、概述

吉勒水电站3号机组（水轮机型号：HL166-LJ-242，额定转速：300r/min；发电机型号：SF50-20/6050，额定容量：50MW），发电机主轴在安装过程中发现异常，经过盘车检测，发电机主轴法兰盘部位的摆渡值为0.56mm，其相对摆渡值为0.08mm/m。发电机主轴下导轴承及法兰盘部位的相对摆渡值超出了规范规定的允许值（0.02mm/m），下导轴承总间隙为0.470mm，超出了设计总间隙（0.150mm），据此判断主轴轴线有弯曲。但仍然进行了试运行。

二、机组振动原因

2.1下导轴承间隙过大

如果在主轴上没有任何径向力，在转动时轴将位于中心位置。因为实际上转子不可能达到理想的平衡状态，所以在运行时促使主轴离开中心位置的不平衡力总是有的。当不平衡力出现后，使主轴发生位移，它在任何瞬时内居于偏心位置，又由于主轴有弯曲，摆度值过大，导致下导轴承内的间隙过大，这样会使主轴运行时产生震荡。

轴瓦间隙增大，加速度就增大，所以轴承上的动压力增大，自然就会引起支承部分和整个机组的振动增大。振动增大导致轴承磨耗增加，引起轴承过热且伴随烧瓦。

2.2主轴状态分析

要把下导轴承间隙限制在设计范围内，首先要把主轴相对摆度限制在允许范围内。3号机组发动机轴轴线状态如下图。

在图示主轴的法兰盘部位，用与旋转轴线相垂直的平面与锥面相截，可得到两个摆度圆。其中内摆度圆是由于轴线与支承面不垂直而产生的，表明了支承面的倾斜，它随着离开支承面的距离的增大而增大，它使采用法兰盘处的倾斜值计算下导轴瓦间隙公式成立。

即：δc=δ－（Lcφb/2L）（1）

式中：δc为下导轴瓦调整间隙（mm）；δ为下导轴瓦设计间隙（mm）；φb为法兰盘处净摆度值（mm）；Lc为上导轴瓦中心至下导轴瓦中心距离（mm）；L为上导轴瓦中心至法兰盘处距离（mm）。

当发电机主轴轴线测量部位下移到法兰盘处用上式确定下导轴瓦间隙时，由于发电机主轴在图示部位弯曲，所以不能确定内摆度圆的直径，也不能认定法兰盘处最大倾斜方位即为内摆度圆的中最大倾斜方位。另一个摆度圆的直径虽然是法兰盘处实测值，但它包含了内摆度圆直径，是倾斜值与弯曲值的合成。如果用直线连接上导轴颈中心与法兰盘中心可发现在下导处也可作出两摆度圆。事实上下导的外摆度圆与实际轴线不符，所以据此确定下导轴瓦间隙必然过大。此时用（1）式确定下导轴承间隙，实际上是在图示轴的下导部位与旋转中心线相垂直之平面与连接上导轴颈中心与法兰盘中心的直线相截，而这条线只有在发电机法兰盘处相对摆度符合规范时才存在。所以相截得到的摆度圆直径必然大于实际轴线产生的内摆度圆直径，且方向相同，使下导在实际轴线摆度最大方位轴瓦间隙也在最大状态下运行，导致了上导、水导轴承与下导轴承不同心。因此，当主轴在下导轴颈以下弯曲时，不能用法兰盘处的倾斜值确定下导轴瓦间隙。

2.3主轴回转分析

当主轴旋转时，由于发电机轴下部弯曲，下导轴承间隙过大，转子不平衡，导轴承不同心，产生的离心力方向一致，主轴除去本身的转动外，还会产生弓狀回旋。弓狀轴线的重心不在转子转轴中心上，转子的重心S对转轴中心W也存在偏心距，W和S以角速度ω绕旋转中心O旋转，假定W对O的偏心距为y，而S对W的偏心距为e，则离心力：

P=m（y+e）ω2（2）

式中：m为转子质量。

弓狀回旋是横向交变力，必然会引起轴承在相应方向的振动，轴承又将振动传递给基础建筑物，使基础建筑物受到交变力的影响，可能产生基础紧固螺栓破坏的结果。

三、主轴修复

对于主轴修复的问题，召开了业主、监理、制造厂家参加的专题讨论会，会上制造厂家提出了两套修复方案，一是在电站现场进行热调修复，纠正主轴弯曲；二是拆机，将主轴返厂修复。最后决定主轴返厂修复。

3.1主轴摆度测量

电机主轴到厂，首先上机床，主轴头部以H面找正，末端以法兰盘B面找正，反复修磨顶尖孔，直到找正为止。然后测量各个部位的摆渡值，其结果如下：

3.2修复方案

主轴两端找正，以两端为基准，重新确定主轴中心线。以新的轴线为基准，最小量车削各个工作面，以达到各处同轴。具体步骤如下：

1）车与水机轴连接的法兰盘两端面，见平即可，保证端面与轴线垂直。

2）车下导轴承滑转子表面，见园即可，然后珩磨滑转子表面，达到图纸上.

表面光洁度要求。

3）车推力头卡环槽端面，见平即可，保证端面与轴线垂直。测量卡环槽尺寸，配作新的卡环。

4）将重新配作的卡环装配在卡环槽内，卡主推力头。

5）车推力头与镜板连接的端面，见平即可，保证端面与轴线垂直。

6）车推力头上导轴承表面，见园即可，然后珩磨推力头上导轴承表面，达到图纸上表面光洁度要求。

至此，发电机主轴弯曲修复工作完成，发往电站安装，并进行了试运行，试运行期间，较大的振动消除，温升正常。

到现在为止，3号水轮发电机组已连续安全平稳运行20个月。

参考文献：

[1]高志清.水轮发电机组主轴弯曲的探讨[J].小水电，1997，（01）：34-35.

[2].水轮机主轴强度的计算分析和实验研究[J].机械强度，1975，（01）：1-19.

作者简介：

第一作者：郑世昌，「1958-」，男，水利部长春机械研究所咨询处处长，从事水利工程机械设备设计和机电设备及金属结构制造监理工作。

第二作者：常富，「1963」，男，水利部长春机械研究所副所长，从事水利工程机械设备设计和机电设备及金属结构制造监理工作。