悬式水轮发电机推力受力及上导间隙调整浅析

叶惠娟

（福建船政交通职业学院，福建 福州350000）

1 引言

立式水轮发电机广泛应用在大、中容量的水轮发电机组，其中，将推力轴承位于转子上方的上机架内或上机架上的发电机称为悬式水轮发电机。该类型机组推力轴承将整个转动部分悬挂起来，轴向推力通过定子机座传至基础。在机组运行时，如果各推力轴瓦受力不均，会破坏推力瓦与镜扳之间所建立的油膜。推力瓦就会在半干摩擦或干摩擦状态下运行，各轴瓦之间将产生较大温差，造成个别轴瓦温度增高，从而导致瓦面变形量增大、瓦面磨损增大，严重时会破坏油膜导致烧瓦，影响机组安全运行。由于悬式机组轴向长度增加，一般选用两个导轴承，其中，上导轴瓦起到限制机组轴线摆度的作用，若导轴瓦的间隙过大，将使得机组在运行时摆度过大，从而造成振动过大；若间隙过小，机组运行时将导致转轴憋劲，导轴瓦的摩擦过大，严重时将使得导轴瓦温度升高，甚至造成烧瓦的现象[1-4]。

2 支柱螺栓式上导轴瓦间隙调整工艺

2.1 上导轴瓦间隙调整工艺现状

悬式水轮发电机组采用上导轴承与推力轴承合用一个油槽的形式，推力头兼作上导轴承轴颈，结构简单，如图1 所示。支柱螺栓式上导轴瓦利用瓦背后方支柱螺栓的前进与后退来调整上导轴瓦与轴颈的间隙，即上导轴瓦间隙。此种结构上导轴瓦间隙调整的工艺流程较为复杂。

图1 悬式水轮发电机推力轴承结构图

如图2 所示，用2 个特制螺栓千斤顶或2 块楔子板在瓦背两侧对角线位置把导轴承瓦同时顶靠轴颈，则支柱螺栓头部与上导轴瓦瓦背的间隙便是上导轴瓦间隙。通过调节支柱螺栓，用塞尺测量支柱螺栓球面头部与瓦背之间间隙δ，使之符合调整间隙计算值的要求。之后，将支柱螺栓前后锁定螺母锁住，再次复查上导轴瓦间隙。

支柱螺栓带前后锁定螺母形式的导轴瓦在间隙调整过程中的难点在于：打紧前锁定螺母时，支柱螺栓将沿轴向发生拉伸，使得间隙值减小；打紧后锁定螺母时，支柱螺栓也将发生拉伸，使间隙值增大。在螺母锁定过程中，需要用大锤进行打紧，很难通过控制敲击力度来精准控制支柱螺栓的拉伸量。由于上导轴瓦间隙调整误差在±0.01 mm，因此，若没有按照一定的规律进行调整，将使得锁定螺母打紧后，支柱螺栓的拉伸量太大或者太小，导致间隙值不符合要求，返工概率大。

图2 上导轴承间隙示意图

2.2 上导轴瓦间隙调整步骤

（1）轴瓦间隙的调整需在机组中心调整合格以后进行。

（2）调整前需在水轮机止漏环间隙处打入楔子板固定，以防轴瓦调整时机组中心发生移位，水导处有互成90°方向的2 块百分表监视主轴径向位移。

（3）在上导轴颈处装设2 块互成90°的百分表，用以监视轴瓦抱紧过程中机组主轴的位移量，从调瓦开始至调瓦结束，主轴应保持原来的中心位置不变。百分表架设的位置要不妨碍轴承间隙调整时工器具的使用。

（4）分别用2 个特制螺栓千斤顶将8 块上导轴瓦抱紧主轴，如图2 所示。特制螺栓千斤顶应顶靠在上导轴瓦瓦背对角线两侧的位置，且不能妨碍轴承间隙调整工具的使用。

抱紧时为使主轴保持原来的中心位置不变，应有2 人同时顶靠对称方向上的2 块轴瓦，动作要互相协调，同时注意监视百分表。在对称方向顶紧后，用塞尺检查轴瓦四角与上导轴颈之间无间隙。

（5）导轴承间隙测量，以瓦背铬钢垫与支柱螺栓球头之间的最小间隙为测量值。

（6）按照轴线调整后算出的轴瓦间隙值对上导轴瓦间隙进行调整，误差为±0.01 mm。

（7）间隙调整工艺

1）调整时，先保证支柱螺栓的前后锁定螺母均处于松弛状态，在轴瓦瓦背与支柱螺栓球头之间塞入一定厚度的塞尺（塞尺厚度一般选用比瓦间隙要求值小0.1 mm 的厚度），调节支柱螺栓，使其球头轻触塞尺，将前后2 个锁定螺母带紧。

2）使用专用套筒扳手及大锤打紧后锁定螺母，每锤用力均匀，且每敲击一次需用塞尺测量一次瓦间隙，直至间隙值比要求值大0.03～0.04 mm。

3）随后打紧前锁定螺母，每打一锤需用塞尺测量瓦间隙，直至间隙满足要求，并检查轴瓦下部绝缘托板与轴瓦间无间隙。

例如，轴瓦间隙值要求为0.14 mm，1）步骤中塞尺选用厚度为0.04 mm，2）步骤中打紧后锁定螺母，直至间隙值为0.17 mm，3）步骤中打紧前锁定螺母，直至间隙值为0.13～0.15 mm。

由于支柱螺栓材质及加工中存在差异，因此上述所列举的螺栓拉伸值仅为经验值，还需根据现场实际进行操作。

4）待所有上导轴瓦全部调整完并检查合格后，拆出顶瓦特制螺栓千斤顶或者楔子板。

3 刚性支柱式推力轴承受力调整工艺

图3 所示为刚性支柱式推力轴承，通过调节支柱螺栓4 的升降，带动支柱螺栓所对应的推力轴瓦2 升降，使得各轴瓦均匀地承受推力负荷。刚性支柱式推力轴承受力调整，应在主轴处于垂直状态，且机组轴线测量调整完毕后进行，即机组转动部分中心已调整在机组中心。为了提高轴线测量的准确性，盘车前应进行受力初调。

图3 推力轴承结构示意图

3.1 刚性支柱式推力轴承受力调整工艺现状

在中、小型水轮发电机组中，刚性支柱式推力轴承一般采用锤击法进行受力调整，即使用大锤依次将各瓦支柱螺栓打紧，使各螺栓紧度一致，从而达到受力均匀目的。锤击法一般有两种：

（1）支柱螺栓旋转位移量的方法来调整推力瓦的受力，即通过支柱螺栓锁板6 与下方轴承支架之间的相对位移量作为支柱螺栓旋转位移量，从而衡量各轴瓦受力情况。

利用锁板作支柱螺栓旋转位移量指示的方法，其受力调整的标准之一为：当支柱螺栓以同一力量锤击3 遍后，支柱螺栓旋转位移值均不大于1 mm，且相互差值在1 mm 以内，即可认为受力均匀。由于锁板与支柱螺栓存在间隙，敲击后将很难在1 mm的精度范围内准确判断其位移量，同时，该方法要求锤击时用力均匀，且必须使支柱螺栓松紧程度接近，这些指标都较难衡量。因此，将锁板位移视作支柱螺栓旋转位移量的方法在实际操作过程中误差较大且不方便。

（2）在水导轴承处互成90°方向架设2 块百分表垂直顶于大轴上，在推力轴瓦受力调整锤击时的变化值来衡量受力情况[1-2]。

在水导轴承处互成90°架设2 块百分表的方法，调整时用大锤沿支柱螺栓上升方向打紧，且沿对称方向打紧支柱螺栓。由于被打螺栓吃劲，其力通过螺栓上方的推力瓦托、推力瓦、镜板、推力头、卡环传至大轴，螺栓在垂直方向上的上升将使大轴产生微小的倾斜，从而使得架设在水导处的百分表发生位移，通过观察敲击每块瓦时百分表的位移量及所有瓦都敲击后百分表的位移量，来衡量推力轴瓦的受力情况。该方法将敲击变化量显示得更直观，调整精度更高，对镜板水平影响小，对作业人员的要求不高，且更简单省时[1]。

3.2 利用水导轴承处百分表作指示的调整方法

（1）在水导轴颈处的4 个连续盘车点上架设4块百分表，头尾2 块表互成90°；并标明4 个盘车点所对应的推力瓦编号（以及对称方向上的瓦号），如表1。架设4 块百分表可以让调整精度更高，更有利于观察及数据的记录。

表1 盘车点对应推力瓦号记录表

（2）将推力支柱螺栓的锁盘拆出，将大小合适的敲击扳手卡在支柱螺栓上，调整时用大锤向上升方向打紧支柱螺栓，敲击扳手时，应使扳手与螺帽之间可靠贴紧。

（3）锤击时用力均匀（一般以扬锤至一定高度，自由落下来控制，以锤击时水导处百分表指针来回晃动0.03～0.05 mm 为参考），由于被打螺栓吃劲，就会使大轴在水导处百分表有所位移，每敲击一块推力瓦，观察瓦号对应于水导处的百分表读数，以敲击前后指针指数的差值作为数据记录在表格中。

（4）依次敲击8 块推力瓦，敲击几圈后（一般为5圈），即初调之后改为对称敲击。

（5）要求每打一块瓦时水导处百分表最大位移量不超过0.01 mm，打完一块瓦后即打其对称方向上的瓦，全部瓦打完后，水导处百分表最终变化值应不大于0.01 mm，则推力瓦受力调整合格。

表2 推力瓦受力调整记录表

表3 推力瓦受力调整记录表示例

4 结论

随着我国水力发电事业的发展，越来越多的水轮发电机组将进入“老年期”，检修质量对机组的安全稳定运行将越来越关键，而机组各导轴瓦的间隙及受力的调整又是机组检修的重中之重，它在很大程度上决定了机组运行时的振动及发热。因此，不断对过去的检修工艺进行实践、分析、总结、改进、再实践显得尤为重要且紧迫，它也将是促进我国水力发电事业持续、健康发展的关键因素。