立式水轮发电机轴线分析与处理.

机组轴线分析及处理郑华伟主要内容1、概述2、摆度的产生及摆度概念3、旋转轴的摆度特性4、机组轴线的测量方法及摆度曲线绘制5、机组的水平投影和不垂直度6、机组轴线的处理一、概述机组轴线：机组旋转大轴的几何中心线。机组中心线：套于水轮机和发电机转动部分外面的主要固定部件的中心的连线。（混流式：发电机定子平均中心和水轮机的固定止漏环平均中心线；水斗式：发电机定子平均中心和水轮机机壳顶盖上的止漏环平均中心线）机组旋转中心线：贯穿推力轴承镜板镜面中心的垂线。（加工精度、安装精度、推力瓦调整）一、概述1、推力头；2、镜板；3、上导瓦；4、主轴；5、定子；6、转子7、下导瓦；8、法兰9、水导瓦；10、转轮“三条线”理想状态是各自铅直且重合。如图所示。一、概述实际情况不可能“三线各自铅直，主轴的旋转中心线与机组中心线重合（都是铅直状态）而机组轴线曲折的情况，如图所示。机组轴线工作的意义和内容机组轴线工作的好坏，直接影响着机组的检修质量。在某意义上讲，也反应出一个厂的机组检修技术水平。轴线工作的内容，会因机组容量、结构型式和实际轴线质量而有所不同。1、轴线测量；检查典型部位的摆度2、轴线处理；计算和处理3、轴线调整。移轴及调整推力水平二、摆度的产生和摆度概念1、推力头；2、镜板；3、推力瓦；4、旋转中心；5、轴线；6、摆度圆。摆度的产生：如果机组存在曲折或倾斜，主轴在旋转过程中就会产生摆度。由两根或三根轴（励磁机轴或付轴）构成的机组轴线，曲折点主要发生在法兰结合面处；卡环、推力头、镜板问题。摆度的产生运行和检修实践表明：主轴在旋转中产生摆度的自身原因，往往是推力头与主轴配合不当，推力瓦受力不均衡、导轴承同心度不好、轴瓦间歇不合理以及主轴加工精度不高等因素所致；外因主要是由发电机存在较大的不平衡磁拉力、水轮机存在较大的水不平衡力等。摆度概念摆度:主轴某轴号通过安装在固定部件上的百分表（表测杆与主轴表面垂直）时的读数。1、绝对摆度如：δf22、全摆度如：δQδQi=δ0°-δ180°3、净摆度如：δFJ2=δF2-δXU24、净全摆度如：δFJQ2-6=δFJ2-δFJ6（δFJ2＞δFJ6）表示为：主轴法兰测量部位轴号2#、6#直径方向的净全摆度值。法兰净全摆度示意图摆度的产生和摆度概念5、相对摆度：主轴某测量部位、某轴号的净全摆度值除以限位导轴承中心至该测量部位设表处的轴长之商，称为主轴在该测量部位、该轴号处的相对摆度。一般指最大值。计算的目的在于，看其是否在规程规定的范围之内，因此，它是衡量一台机组轴线质量的重要标志。发电机主轴法兰处的相对摆度值的计算公式：SPFJQFXLmaxmax三、旋转轴的摆度特性图解分析：主轴旋转中心O转动一周，轴面8个轴号共出现5个轨迹，如：1#自己一个轨迹，在最外边；5#自己一个轨迹在最里面；2#、8#在同一轨迹；#3、7#在同一轨迹；4#、6#在同一轨迹。可以看出处于最大摆度方位的轴号1#在旋转中偏离旋转中心最远，5#最近。旋转轴的摆度特性摆度公式的推导δX轴测点=偏心距×cos最大摆度与X轴测点夹角旋转轴的摆度特性基本遵循着余弦定理（X）或正弦定理（y）。旋转轴的摆度特性结论：1、当机组轴线与其旋转中心线重合时，主轴在旋转过程中在理论上将不会产生摆度，百分表指针指示不发生变化，即为理想状态。2、当机组轴线与其旋转中心线不重合时，对于主轴在某一个横截面上轴面各点的运动轨迹是以旋转中心为圆心的同心圆，其中有一个最大，有一个最小。轴面各点的运动轨迹圆不同，反应在百分表的读数上就是各轴号摆度值的不同。旋转轴的摆度特性基本遵循着余弦定理或正弦定理。旋转轴的摆度特性3、对于主轴某一个测量部位而言，最大全摆度值只有一个，其值等于轴心与旋转中心偏心距的两倍。4、百分表的读数不一定反映出主轴实际存在的最大全摆度值，需要通过绘制曲线来求取最大全摆度及方位。旋转轴的摆度特性5、旋转摆度特性与设表位置及轴线测量时从哪一个轴号（测点）开始无关。四、机组轴线的测量方法及摆度曲线绘制机组盘车的目的和方法1、盘车：通过人为的一些办法，能够使水轮发电机组的转动部分慢慢的旋转，并且能够按人们预定的要求准确的暂停和再启动的过程。2、目的：通过盘车，可以了解机组轴线各部位的现实摆度状况，掌握机组轴线具体的倾斜和曲折数据，从而判定轴线质量是否合格，并为机组大修中的轴线处理和调整提供了可靠的依据。并可以与上次机组大修后盘车结果相比较，发现轴线变化情况，给机组检修提供依据。盘车的方法3、机组盘车的方法主要有三种：人工盘车、机械盘车、电动盘车。（1、滑轮；2、盘车专用工具；3、推力头；4、主轴）机组的机械盘车以悬型机组为例：1）机组转动部分处于自由状态，装好盘车专用工具，选择合适的滑轮组及钢丝绳并按要求布置好。2）人员分工明确，任务清楚，统一指挥。3）将推力头、盘车专用工具以及要测量的部位，将圆周统一等分8点并按一个方向编号，上下一直。4）选定机组的x、y方向，并在每个需要测量的部位的+x、+y方向设置好百分表架及百分表。机组的机械盘车5）将主轴盘车限位导轴承瓦涂以猪油并将各瓦间歇调整成0.05mm左右。6）再次检查机组转动部分无影响转动的障碍物，处于自由状态。7）顶起转子，将推力瓦面均匀涂抹适量猪油、羊油或MoS2，将瓦归位锁定，制动闸完全离开制动环。8）擦拭被测量面，尽量减小测量误差。9）转动机组，记录数据。盘车记录1）画圆法盘车记录2）表格法1#2#3#4#5#6#7#8#绝对摆度上导3.561676554下导59141-4-8-6-1水导-118215-12-26-32-26净摆度下导1.53-2-6-10-13-11-5水导-14.525-2-18-31-37-30摆度曲线的绘制及相对摆度计算摆度曲线的绘制及相对摆度计算曲线绘制完毕后的检查1、是否符合正、余玄曲线规律2、波峰、波谷所对应的轴号是否相差180°3、有无个别偏离曲线的点，如有个别有较大误差的应删除。也是绘图的优点所在。摆度曲线的绘制及相对摆度计算相对摆度计算发电机主轴的相对摆度δFX计算δFX=δFJQmax/LXUF如0.16/6.5=0.025（mm/m)水轮机主轴的相对摆度δshX计算δshX=δFJQmax/LXUF如0.42/10=0.042（mm/m)摆度曲线的绘制及相对摆度计算以δX的计算值与国家的轴线允许摆度值（JB861-66）相比较，衡量机组盘车的轴线质量是否合格。竖轴水轮发电机轴线允许摆度值（双幅）名称测量部位机组转速发电机主轴100250370600上、下导轴承及法兰相对摆度（mm/m)0.030.030.020.02水轮机主轴水导轴承轴颈相对摆度（mm/m)0.050.050.040.03发电机上部轴励磁机整流子绝对对摆度（指净全摆度）（mm)0.400.300.200.15集电环绝对对摆度（指净全摆度）（mm)0.500.400.300.20五、机组轴线的水平投影和不垂直度计算概念：轴线的每米轴长上的单侧最大净全摆度值，或者说轴线单位轴长上的倾斜值，称为机组轴线的不垂直度。用T（mm/m)表示。如悬型水轮发电机组，主轴由发电机主轴和水轮机主轴构成，发电机主轴的不垂直度是指发电机主轴与镜板的不垂直度，其方位与发电机轴线上的最大净全摆度方位相同；水轮机主轴的不垂直度是指水轮机主轴与法兰的不垂直度，其方位与水轮机轴线上的最大净全摆度方位不同。机组轴线类型大致分为五种：1、理想型2、单纯倾斜型3、单纯曲折型4、综合同面型5、综合异面型轴线水平投影机组轴线的空间状态及水平投影综合异面型是最复杂又是常见的类型。轴线水平投影图的绘制已知轴线的盘车成果。O12345678aB机组轴线的不垂直度计算轴线不垂直度的计算1、发电机轴线的不垂直度计算TF=δFJQmax/2LSF2、水轮机轴线的不垂直度计算如果两轴在法兰处无曲折，则水轮机轴线的不垂直度与发电机轴线的不垂直度相等；如果两根轴在法兰处存在曲折，即水轮机轴线在水导轴承点对发电机下法兰结合面的不垂直。水轮机轴线不垂直度的图解计算FshLbBshTO12345678aBTsh-水机轴线的不垂直度（mm/m)LFsh-法兰至水导轴承的轴长AB（m)-水轮机轴线AB相对于发电机主轴的延长线Ab轴线的倾斜值bBbKb′36°β例题已知：主轴在发电机法兰处最大净全摆度为0.16mm,方位在轴号2；主轴在水导轴承处最大净全摆度为0.42mm，方位在3；上导轴承处设表位置至法兰处设表位置的轴长为6.4m，法兰至水导轴长为3.6m。求：发电机轴线对镜板镜面的不垂直度及方位；水轮机轴线对法兰的不垂直度及方位；解发电机：1、做轴线的水平投影图2、TF=δFJQmax/2LSF=0.16/2*6.4=0.0125mm/m3、方位在2#解水轮机：1、Tsh=0.044mm/m2、方位在轴号3#偏4#36度。机组轴线的处理1、轴线处理的目的和验收标准根据盘车计算成果中，得知机组轴线实际存在的相对摆度δX，与国家规定的机组允许摆度相对照，如果在允许值之内为合格轴线，反之，则不合格，需通过处理达到国家标准。机组轴线的处理2、轴线处理方法根据机组盘车成果计算所得发电机主轴和水轮机主轴的不垂直度及其方位，若超过规定标准，就需要进一步计算其处理的量值和方位。处理的方法主要有两种，一种为修刮法，一种为加垫法。机组轴线的处理1）修刮法：修刮和酸腐蚀法假如发电机主轴的不垂直度不合格，对于主轴与推力头为过赢配合的，一般多采用修刮推力头下表面及绝缘板的方法；对于主轴与推力头为间隙配合的，可采用修刮推力卡环上表面的方法。有的采用酸腐蚀法效果也较好。修刮法示意图12345671-推力头；2-最大刮量；3-镜板；4-推力瓦；5-发电机轴线；6-机组旋转中心线；7-5向6靠拢的方向δFJQmax2推力头底面最大修刮量的方位与轴线倾斜方位的关系机组轴线的处理2）加垫法采用加垫法时，其最大加垫厚度，原则上与最大修刮量相等，但其方向相反。垫的材质，一般可用黄铜、紫铜或纸等。加垫的形式，可以用台阶式或楔形形式。尽量将台阶楔形垫之差减小，最小可以达到0.005mm。这种垫一般加在法兰结合面间和推力卡环下面。加垫法示意图水导123451-发电机主轴下法兰；2-最大加垫厚度方位；3-水轮机主轴上法兰；4-机组旋转中心线；5-水轮机主轴轴线。水轮机主轴法兰上平面最大加垫方位与轴线倾斜方位关系示意图机组轴线的处理2FJQmaxbcaBdo´∆htmax2FQmax3、轴线处理的原则和计算方法1）推力头与法兰分别处理以悬型机组为例。机组轴线的处理1）推力头修刮值计算tFJFtFJQtDTLDh2maxmax∆htmax——推力头底面或绝缘垫的最大修刮量（mm)δFJQmax——主轴在法兰处的最大净全摆度（mm)Dt——推力头直径（m)LJF——上导轴承处设表位置至法兰处设表位置的轴长TF——发电机主轴轴线不垂直度（mm/m)机组轴线的处理2）法兰加垫计算FshFFshFDTDLbBhmax∆hFmax——法兰加垫的最大厚度（mm)LFsh——法兰结合面至水导轴承设表位置间的轴长（m)DF——主轴法兰直径（m)Tsh——水轮机轴线的不垂直度（mm/m)bB——法兰至水导轴承之间水导处最大净摆度（mm)水轮机轴线不垂直度的图解计算O12345678aB2)只处理推力头前提：检修中未安排主轴分解与组合的工作项目，且机组轴线在法兰处曲折较小。bK36°β18°c