水輪發電機安裝

　1—管形座　2—推力軸承座　3—推力頭與鏡板　4—正向推力軸承　5—推力軸承密封圈　6—主軸　7—反向推力軸承
　8—發導軸承　9—發導密封圈　10—發導軸承座　11—墊片　12—組合軸承座　OO—軸線　O′O′—機組中心線　W1—轉子重量
　W2—水輪機轉輪重量　N—水導軸承　L1—組合軸承座法蘭至鏡板距離　L2—發導軸承座至鏡板距離　T—墊片厚度

2　軸承座在管形座上定中心
機組軸線設計中心高程為101.9 m，管形座的基礎是按此設計中心安裝，允許偏差±1.5 mm。發電機軸承座的定中心，是在管形座中心高程進行更加精確測定，要求中心偏差不大於0.05 mm。這是一項技術性很強的重要工作，中心定不好將直接影響機組今後運行的可靠性。
從圖2可以看出定中心是在導水機構和管形座連接之後開始的。首先，清理軸承座與管形座的裝配表面，在管形座上安裝調整軸承座位置的頂絲桿(又稱頂起座)。吊起軸承座使基準安裝位置向上，吊入流道，並安裝到管形座上。

水平法機組定中心示意圖

A—組合軸承座　B、C—管形座　D、E—內導水環　F—鋼絲　G—重鎚　H—外導水環　I—活動導葉

圖2所示採用鋼琴線找中心法(水平法)，鋼琴線是選用0.30 mm沒有紐結連接或彎曲的鋼琴線，其一端裝於軸承座臨時支座的求心器上，另一端掛在約10 kg重鎚、並經過內導水環臨時支座的滑輪上。當確認臨時支座是水平時，定出臨時支座上測量位置，上下左右4個點到鋼琴線的距離(測量精度為0.01 mm)，考慮水平拉直的鋼琴線在自身重量作用下會彎曲，產生撓度要進行測量數值的校正。撓度計算式：
δ=W×L1×L2／2T
式中：　δ　——撓度,mm；
L1——測點到支撐點「1」的距離，mm；
L2——測點到支撐點「2」的距離，mm；
W——鋼琴線單位重量，g/m；
T——重鎚的重量，kg。
測量A、B、C、D和E各內圓4個等分點到鋼琴線的距離x、-x、y、-y(相對值)，其差Δx=｜x1-x2｜/2、Δy=｜y1-y2｜/2。重複中心調整工作，直到Δx、Δy的數值在安裝允許範圍內(小於0.05 mm)。此外，對軸承座的中心位置還應考慮軸承的負荷，發電機轉子(重130 t)與主軸連接引起主軸彎曲及管形座法蘭的傾斜情況。根據百龍灘電站具體情況，軸承座的中心位置在原有測定的基礎上再加高1.0 mm左右。現以百龍灘電站6號機軸承座定中心為例，測量結果如表1所示。
軸承座中心經FUJI電機公司及富春江水電設備總廠的現場指導員認可之後，可以對軸承座打銷釘孔。首先搭好鑽孔用腳手架，用裝有Φ40 mm鑽頭的手電筒鑽沿軸承座的12個孔Φ38 mm開鑽，並鑽通管形座。取下鑽頭換上錐型鉸刀鉸制Φ40 mm銷釘孔。最後清理鐵屑和拆除腳手架。

表1　百龍灘6號機軸承座定中心記錄

測點
位置 [td=4,1,17%]A [td=4,1,20%]B [td=4,1,17%]C [td=4,1,13%]D [td=4,1,20%]E [td=1,6,5%]下游
側主視 x [td=1,1,2%]x [td=1,1,5%]-x [td=1,1,5%]y [td=1,1,5%]-y [td=1,1,5%]x [td=1,1,5%]-x [td=1,1,5%]y [td=1,1,5%]-y [td=1,1,5%]x [td=1,1,5%]-x [td=1,1,5%]y [td=1,1,2%]-y [td=1,1,3%]x [td=1,1,2%]-x [td=1,1,3%]y [td=1,1,5%]-y [td=1,1,5%]x [td=1,1,5%]-x [td=1,1,5%]y [td=1,1,5%]-y 測量的
相對值 [td=1,1,2%]19.81 [td=1,1,5%]19.80 [td=1,1,5%]20.91 [td=1,1,5%]32.51 [td=1,1,5%]31.60 [td=1,1,5%]31.14 [td=1,1,5%]31.14 [td=1,1,5%]31.85 [td=1,1,5%]16.85 [td=1,1,5%]15.13 [td=1,1,5%]16.08 [td=1,1,2%]14.57 [td=1,1,3%]25.08 [td=1,1,2%]25.12 [td=1,1,3%]24.66 [td=1,1,5%]24.70 [td=1,1,5%]2.16 [td=1,1,5%]2.15 [td=1,1,5%]7.10 [td=1,1,5%]6.95 偏　差
Δx、Δy [td=1,1,2%]0.005 [td=1,1,5%]1.180 [td=1,1,5%]18.55 [td=1,1,5%]0.455 [td=2,1,10%]0.455 [td=2,1,10%]0.355 [td=2,1,10%]0.630 [td=2,1,7%]0.755 [td=2,1,5%]0.020 [td=2,1,8%]0.020 [td=2,1,10%]0.005 [td=2,1,10%]0.075 撓度δ [td=4,1,17%]0.19 [td=4,1,20%]0.19 [td=4,1,17%]0.39 [td=4,1,13%]0.21
中心加高 [td=1,1,2%]- [td=1,1,5%]1.08 [td=2,1,10%]　 [td=4,1,20%]- [td=4,1,17%]- [td=4,1,13%]- [td=4,1,20%]-
由於管形座法蘭面的變形及中心偏移，使軸承座法蘭上的Φ48 mm孔，有些對不上管形座螺孔(M42)，故還應做好擴孔處理的記號，根據已安裝的軸承座，一般需擴孔處理20餘個，5號機最多處理擴孔56個。為加快安裝進度，特地購進2台TM806鏜磨機，解決擴孔難題。
最後拆除軸承座，按與預裝時相反的步驟把軸承座吊出流道，放置在安裝間準備進行擴孔處理和軸承裝配。 3　組合軸承在安裝間的裝配
組合軸承包括發導軸承，正、反向推力軸承，它和水輪機導軸承一起在安裝間裝配到主軸上，然後吊入管形座內，安裝在管形座上。
3.1　導軸承座和反向推力軸承的裝配
導軸承座為兩半結構，首先分解成2塊，清除防鏽油，用臨時螺栓裝配導軸承座與反向推力軸承裝配的面向上。清除反向推力軸承及其他配件上的防鏽油(注意不要損傷12塊反向推力瓦的巴氏合金面)，把支承軸銷放到導軸承座上並裝上油蓋，安裝2種特殊雙頭螺栓和擋塊到導軸承座上，並用硬質鎖錠螺母鎖定反向推力軸承。每塊軸瓦應有一定的活動間隙，檢查瓦內側與雙頭螺栓間隙應為5.0 mm，外側間隙為0.2 mm～0.5 mm。每塊瓦與支承軸銷的標稱厚度為175 mm，為了各反向推力瓦受力較為均勻，厚度加工偏差不超過0.02 mm。最後拆下導軸承座臨時連接螺栓，分解成兩部份。
3.2　導軸承和導軸承座的裝配
開始將導軸承分為兩半，除去防鏽油(注意不要損傷巴氏合金面)。除去主軸上的防鏽油，塗以紅丹，檢查導軸承與主軸的配合是否良好，要求下半塊承重導軸瓦，以底部為中線兩側110 mm的投影面，配合面積大於70%為合格。放下承重導軸瓦，然後安裝高壓油管進行油壓試驗(試驗壓力21 MPa,10 min)。在主軸下面放置支撐塊和千斤頂，支撐導軸承座下部分以及裝在它上面的反向推力軸承、導軸承和高壓油管。用定位銷對準導軸承上、下部分，並用連接螺栓緊固，用200 mm長塞尺測量導軸瓦和主軸之間的間隙。按規定下部間隙為0～0.05 mm，中部兩側間隙(單邊)為0.252 mm～0.335 mm，上部間隙為0.504 mm～0.670 mm確認合格。用M42雙頭螺栓和M36銷釘螺栓將兩半導軸承座(含反向推力軸承)組合一起，此時在組合面上裝「O」型橡膠密封圈，M36螺栓拉緊力矩為1 080 N*m～1 380 N*m，M42螺栓拉緊力矩為2 330 N*m～3 110 N*m。拉緊后，用鎖定螺釘鎖緊雙頭螺栓的螺母和鎖釘螺栓的螺母。並用錘擊鎖緊鎖定螺釘。最後把「O」型橡膠密封圈裝到與軸承座裝配的導軸承座的安裝面上。
3.3　組合軸承座的安裝
軸承座是一個焊接加工件整體。首先從軸承座上除去防鏽油及雜物。轉移主軸上游側支撐塊，認定「0」標記朝上，從主軸上游側套入軸承座，在軸承座和導軸承座之間安放臨時橡膠墊(厚12 mm)然後旋緊M30螺栓。恢復主軸下部支撐塊在原來的位置。
3.4　組裝推力軸承座和正向推力軸承
推力軸承主要由推力瓦、彈簧塊、油蓋、噴油管及鎖錠銷等組成。12塊扇形推力瓦表面採用巴氏合金(ZchSnSb11-6)。每塊瓦底部裝有直徑Φ215 mm，厚35 mm與36 mm的2塊圓盤彈簧塊。推力瓦之間裝有同數量的噴油管(機組運轉時向瓦的進油邊注入68號防鏽透平油)。鎖錠銷將推力瓦固定到推力軸承座上。推力軸承座分4塊組成。首先拆下連接推力軸承座的螺栓清除防鏽油等污物，檢查各進、排油孔，用壓縮空氣吹掃油路是否正確、暢通，然後用膠布臨時封上孔口，以防雜物掉入。用無水酒精清掃推力瓦面，檢查巴氏合金應無裂紋、夾渣及密集氣孔等缺陷。瓦的進油邊尺寸應符合要求。注意不要損傷瓦面巴氏合金。根據廠家對推力軸承預裝時做的裝配記號進行安裝。開始通過油蓋上的螺絲將下部彈簧塊固定到推力軸承座。並彎曲扁尾墊圈鎖住螺栓。通過夾套上的螺絲安裝上部彈簧塊到推力瓦底部。安裝鎖錠銷將推力瓦和彈簧塊固定到推力軸承座上，並用扁尾墊圈鎖住。每塊推力瓦與鎖錠銷要求有0.2 mm～0.5 mm(內側)和3.0 mm(外側)的活動間隙，每塊推力瓦和2塊圓盤彈簧塊的標稱高度為201 mm，要求12塊瓦高度差不大於0.02 mm，(5號機為0.016 mm)。在油蓋上安裝噴油管，檢查噴油管應平整，不應高於瓦面。整個安裝過程中瓦面巴氏合金是不用刮的，按出廠標記進行裝配，簡化了許多安裝工序。在推力軸承座安裝推力軸承后，其組合面上裝「O」型橡膠密封圈和塗1521粘劑，並用螺栓和銷釘螺絲旋緊，使推力軸承座成為一個整體，最後切去推力軸承座上多餘的「O」型橡膠密封圈。
軸承座內的雜物應徹底清理，未噴漆部分加潤滑油以防生鏽。拆下推力軸承座連接螺栓使其分成兩塊，以便套主軸。將下瓣推力軸承座置於主軸下方並用墊塊支撐，在推力軸承座的上瓣安裝2段裝配卡環，並放到下瓣上，旋緊螺栓和雙頭銷釘螺栓，此時在組合面上安放「O」型橡膠密封和1521粘劑。從推力軸承座上切去多餘「O」型橡膠密封圈。吊起推力軸承座，使有「0」標記處於上方，沿主軸移動到上游側將其裝到導軸承座上，此時在兩軸承座之間裝「O」型橡膠密封圈和1521粘劑，並在推力軸承座下瓣安裝2段裝配卡環。
4　組合軸承在機坑內的換墊調整
4.1　軸承座安裝
當組合軸承和水導軸承在安裝間與主軸裝配之後，就可吊入機坑。組合軸承座上開的12個銷釘孔，用主軸下面的千斤頂進行調整，當對準管形座銷孔時，打下Φ40 mm錐銷，旋緊76個M42螺栓，並焊住錐銷尾部。最後移去主軸下的千斤頂和墊塊，把主軸負載轉移到軸承座上。
4.2　換墊調整的基本原理
從圖1可以看到主軸是由發導和水導軸承支撐，由於發電機轉子重量和水輪機轉輪重量產生彎曲變形。因此，必須根據主軸的彎曲度(又稱傾斜角)把發導軸承座安裝到組合軸承座上，使得發導軸承和主軸的接觸面以及正、反向推力軸承和鏡板的接觸面接觸均勻。當根據主軸傾斜角安裝導軸承座時，由於軸承座和導軸承座之間的臨時厚膠墊處「T」，上下間隙(尺寸)不同，必須換墊調整導軸承座的角度，取下臨時橡皮墊，換以永久性不鏽鋼墊。
4.3　主軸傾斜角的測量
首先用專用板手拆下推力軸承座與導軸承座上的所有螺栓。用手拉葫蘆把推力軸承座移至下游側。鬆開導軸承座緊固螺栓約2.0 mm，以上游側檢查導軸承與主軸及軸承座的間隙，並認為無異常。在鏡板下游側表面上按住一根直尺，測量直尺與軸承座兩表面的距離L1，並沿圓周螺栓處的48個點進行測量。根據測量的結果，決定加墊片的厚度。
4.4　組合軸承墊片的更換
輕輕擰上8個導軸承座和組合軸承座的連接螺栓。移回推力軸承座到上游側，並用板手擰緊螺栓，然後鬆開螺栓約2.0 mm使得主軸能向下游移動2.0 mm的鬆開量。在主軸下面放千斤頂，把主軸上頂約0.3 mm。用百分表監視上抬量，並用塞尺檢查導軸承與主軸的間隙。拆下軸承座螺栓、再次把推力軸承座移向下游側。利用頂緊螺栓把導軸承座向下游側移動約3.0 mm。此時取下軸承座與導軸承座之間厚12 mm的臨時橡皮墊。根據4.3測量結果來加墊片厚度T，用組合好的墊片(用規格0.03 mm、0.05 mm、0.10 mm不鏽鋼片或銅片)，與厚度11 mm不鏽鋼環板用螺栓安裝到軸承座上。放好「O」型橡膠密封把導軸承座推回原來位置，安裝到組合軸承座上。最後放下主軸由導軸承受荷載。
4.5　軸承座換墊后的檢查
首先檢查導軸承與主軸，導軸承與導軸承座的間隙無異常，在鏡板下游側的表面按住一把直尺測量與導軸承座兩表面的距離L2，對沿圓周48個連接螺栓處進行測量，48個測點的測量值其最大與最小公差在±0.10 mm以內即為正常。最後卸下導軸承座上的48個臨時連接螺栓，換墊工作即告完畢。主軸傾角測量與換墊調整記錄，見表2所示。

表2　6號機主軸傾角測量與換墊調整記錄

測點 [td]L1 [td]T [td]L2 [td]測點 [td]L1 [td]T [td]L2 [td]測點 [td]L1 [td]T [td]L2 [td]測點 [td]L1 [td]T [td]L2 [td]測點 [td]L1 [td]T [td]L2 [td]測點 [td]L1 [td]T [td]L2 1 [td]15.67 [td]0.46 [td]14.52 [td]9 [td]15.44 [td]0.23 [td]- [td]17 [td]15.22 [td]0 [td]- [td]25 [td]15.47 [td]0.26 [td]- [td]33 [td]15.64 [td]0.43 [td]- [td]41 [td]15.71 [td]0.50 [td]- 2 [td]15.67 [td]0.46 [td]- [td]10 [td]15.38 [td]0.18 [td]- [td]18 [td]15.31 [td]0.10 [td]14.47 [td]26 [td]15.51 [td]0.30 [td]- [td]34 [td]15.61 [td]0.40 [td]- [td]42 [td]15.74 [td]0.50 [td]14.50 3 [td]15.60 [td]0.40 [td]- [td]11 [td]15.40 [td]0.20 [td]- [td]19 [td]15.34 [td]0.13 [td]- [td]27 [td]15.56 [td]0.35 [td]- [td]35 [td]15.63 [td]0.43 [td]- [td]43 [td]15.73 [td]0.50 [td]- 4 [td]15.64 [td]0.43 [td]- [td]12 [td]15.33 [td]0.13 [td]14.51 [td]20 [td]15.37 [td]0.16 [td]- [td]28 [td]15.61 [td]0.40 [td]- [td]36 [td]15.65 [td]0.44 [td]14.44 [td]44 [td]15.75 [td]0.53 [td]- 5 [td]15.62 [td]0.40 [td]- [td]13 [td]15.30 [td]0.10 [td]- [td]21 [td]15.36 [td]0.16 [td]- [td]29 [td]15.61 [td]0.40 [td]- [td]37 [td]15.65 [td]0.45 [td]- [td]45 [td]15.72 [td]0.50 [td]- 6 [td]15.61 [td]0.40 [td]15.51 [td]14 [td]15.26 [td]0.05 [td]- [td]22 [td]15.38 [td]0.18 [td]- [td]30 [td]15.60 [td]0.40 [td]14.45 [td]38 [td]15.70 [td]0.48 [td]- [td]46 [td]15.74 [td]0.53 [td]- 7 [td]15.49 [td]0.33 [td]-

- [td]25 [td]15.47 [td]0.26 [td]- [td]33 [td]15.64 [td]0.43 [td]- [td]41 [td]15.71 [td]0.50 [td]- 2 [td]15.67 [td]0.46 [td]- [td]10 [td]15.38 [td]0.18 [td]- [td]18 [td]15.31 [td]0.10 [td]14.47 [td]26 [td]15.51 [td]0.30 [td]- [td]34 [td]15.61 [td]0.40 [td]- [td]42 [td]15.74 [td]0.50 [td]14.50 3 [td]15.60 [td]0.40 [td]- [td]11 [td]15.40 [td]0.20 [td]- [td]19 [td]15.34 [td]0.13 [td]- [td]27 [td]15.56 [td]0.35 [td]- [td]35 [td]15.63 [td]0.43 [td]- [td]43 [td]15.73 [td]0.50 [td]- 4 [td]15.64 [td]0.43 [td]- [td]12 [td]15.33 [td]0.13 [td]14.51 [td]20 [td]15.37 [td]0.16 [td]- [td]28 [td]15.61 [td]0.40 [td]- [td]36 [td]15.65 [td]0.44 [td]14.44 [td]44 [td]15.75 [td]0.53 [td]- 5 [td]15.62 [td]0.40 [td]- [td]13 [td]15.30 [td]0.10 [td]- [td]21 [td]15.36 [td]0.16 [td]- [td]29 [td]15.61 [td]0.40 [td]- [td]37 [td]15.65 [td]0.45 [td]- [td]45 [td]15.72 [td]0.50 [td]- 6 [td]15.61 [td]0.40 [td]15.51 [td]14 [td]15.26 [td]0.05 [td]- [td]22 [td]15.38 [td]0.18 [td]- [td]30 [td]15.60 [td]0.40 [td]14.45 [td]38 [td]15.70 [td]0.48 [td]- [td]46 [td]15.74 [td]0.53 [td]- 7 [td]15.49 [td]0.33 [td]- [td]15 [td]15.26 [td]0.05 [td]- [td]23 [td]15.41 [td]0.20 [td]- [td]31 [td]15.63 [td]0.43 [td]- [td]39 [td]15.67 [td]0.48 [td]- [td]47 [td]15.71 [td]0.50 [td]- 8 [td]15.50 [td]0.28 [td]- [td]16 [td]15.21 [td]0 [td]- [td]24 [td]15.41 [td]0.20 [td]14.45 [td]32 [td]15.61 [td]0.43 [td]- [td]40 [td]15.73 [td]0.50 [td]- [td]48 [td]15.69 [td]0.53 [td]-
註：L1——鏡板下游側端面與軸承座的距離(相對值)。
T——換墊調整的厚度(不含基準墊厚11.0 mm)。
L2——下游側端面與導軸承座的距離，允許值L?2max-L?2min=15.52-14.44=0.07＜0.10 mm。 4.6　推力軸承座的回裝
在清理和檢查推力軸承內部無異常后，用手拉葫蘆把它移向上游側與導軸承座連接，此時，安放「O」型橡皮盤根環，並用導軸承高壓油頂起主軸和擰緊連接螺栓的方法，把主軸連同推力軸承座安裝到導軸承座上。此時，推力頭(同鏡板為一體)兩平行平面與正、反向推力瓦的間隙為0.5 mm，則機組轉動部分軸向竄動量0.5 mm。最後，拆掉安裝在推力軸承座上的裝配卡環。
5　分析與結果
如圖1所示，本電站機組軸承屬單軸雙懸臂式雙支點軸承，其特點是主軸在一定範圍內撓曲狀態下運轉軸線與機組中心線不重合，這樣帶來了需要解決的3個問題。第一個問題是發電機轉子因主軸下撓其中心高程低於設定的機組中心高程，處理辦法就是適當提升支點(發導軸承)高程；第二個是軸承受力均勻問題。對發電機的組合軸承通過換墊調整處理，所謂換墊就是把臨時橡膠墊改用永久不鏽鋼墊，根據主軸撓度(傾角)測量L1值確定。從4號機到6號機L?1max值不相等(0.73 mm，0.33 mm和0.50 mm)，其傾角方位也不相同，並不發生在上下
部。總之，加墊調整之後要求導軸承座的傾角與主軸傾角保持一致，反映到導軸承與主軸間隙符合規定，同時，導軸承座下游側法蘭面與鏡板保持平行，反映到間距L2的最大與最小值差小於0.10 mm。如6號機L?2max-L?2min=0.07 mm＜0.10 mm；第三個問題主軸撓曲還引起發電機轉子發生傾斜，與之配裝的發電機定子也需要相應傾斜，達到發電機上下游側空氣間隙(13.5±1.35)mm的要求。根據本電站情況(軸承負荷、轉子重量、轉子與支點的間距、主軸剛度及管形座法蘭變形等)，對支點(發導軸承)的高程安裝時提高1.0 mm。發電機定子在製造過程中機座進行向下傾斜率為1∶1 900的處理(即傾角為1′49″)。
從本電站推力軸承運行情況看，採用巴氏合金厚瓦(瓦厚130 mm±0.02 mm、偏心率約10%)，具有較大的剛度和偏心值。每塊瓦的支承使用2塊相向球面彈性圓盤，此種支承結構簡單，性能較好，國內目前尚少用。推力瓦在額定工況下運行溫度(膨脹型測溫)為56 ℃～58 ℃，發導軸承運行溫度52 ℃，工作穩定可靠。
主軸的撓曲運轉對主軸下游側的支點水導軸承也存在上述相似問題，因非本文內容，不作一一介紹。