敬慧泽
天津市天发重型水电设备制造有限公司 天津市 300400
摘要：经济的发展，社会的进步推动了我国电力行业的蓬勃发展，众所周知，水轮发电机组的安装质量控制有着极其重要的作用，在检验校核设备设计、制造质量的同时，又可通过现场跟踪装机质量有效指导机组后续的安全稳定运行。
关键词：水轮发电机组；安装；问题；解决对策
引言
水轮发电机组的推力轴承主要承担机组转动部分的重量和轴向水推力，承担的载荷往往比较大，其工作性能的好坏，直接影响到水轮发电机能否长期、安全、可靠运行，而推力轴承的油循环冷却系统又是保证推力轴承安全可靠运行的关键。本文主要对水轮发电机组安装存在问题及解决对策做论述，详情如下。
1混流式水轮发电机组重要部件安装高程控制方法及措施研究
1.1高程确定方法
下机架高程主要根据水轮机安装高程以及下机架推导轴承安装法兰面至导水机构中心线距离来确定，其中要考虑轴的实测长度、下机架挠度等因素。在下机架进行预装前，现场测量或采用厂家提供的水轮机轴、发电机轴长度以及推力头镜板实际厚度等相关数据。
1.2机坑测定
机坑测定中各高程样点是后续重要部件安装的基准点。大致操作流程为：首先确定固定导叶的中点，将该中心线作为水轮机导水机构安装中心线，其对应的高程是水轮机设计安装高程；然后分别向基础环、座环上法兰面、风洞等处返高程样点，每处样点各2个，互为备用。在返点的过程中需要注意卷尺本身存在的误差，在尺寸链的计算中须考虑此误差值。
1.3下机架高程
下机架的高程关系到整个转动部件与固定部件的配合。水轮发电机组安装过程中对下机架实际安装高程偏差值与理论高程计算值控制在±0.5mm范围内。（1）下机架预装中，高程是以正式安装的底环高程为基准，前期导水机构开档尺寸、座环加工的精度等务必精确。在开档尺寸的确定中需要考虑环境温度的影响，活动导叶的长度应以现场实测值为判断依据。（2）预装过程中应考虑使用的测量工具（如卷尺等）本身存在的误差。经检验部门校核，存在误差的卷尺对高程的确定有1mm左右的影响，不可忽略。另外，应与厂家沟通确定是否考虑水轮发电机轴在运行工况下的伸长值。（3）在下机架预装过程中，应测量下机架与定子中心线的高程差，将其与设计高程差进行比较。其中差值分为两部分：下机架预装高程与设计高程的差值；定子中心线高程与设计高程的差值。因此在进行定子线棒下线过程中，要加强对定子中心线高程的复核。
2现场测定大型水轮发电机组轴系的固有频率
2.1计算模型与计算方法
计算采用转子动力学常用的传递矩阵法。为此，建立一个转子做横向弯曲振动的力学计算模型，将转子沿轴向分成19段，共20个结点，并按一定的规则作集总化处理。发电机转子的质量和水轮机转轮分别以保持质心不变的原则，分布在结点4、5、6和结点17、18、19、20上。考虑回转效应以及转轴材料的剪切效应，上导轴承和下导轴承均简化为弹性支承，分别在结点2和15处。在结点5处设一个具有负刚度系数的弹性支承，以模拟电机磁隙中的磁拉力。
2.2固有频率与临界转速
应用转子动力学计算软件包ＲOTDYN中的TUＲBOＲOT，计算转子的固有频率和临界转速，得到结果绘成图。图中横坐标为转子的转速，纵坐标为转子的固有频率。
两条曲线分别为第1、2阶固有频率随转速的变化。由于回转效应的影响，两阶固有频率随转速都略有升高。转子工作转速n0=68.18r/min下，第1、2阶固有频率分别为nf1=222.81/min和nf2=335.91/min。第1、2阶临界转速分别为nc1=229.5r/min和nc2=346.0r/min。第1阶临界转速比工作转速下的固有频率数值高约7左右。水轮发电机组转子一般按刚性轴设计，即其工作转速和飞逸转速都低于第1阶临界转速。且为安全考虑，通常要求第1阶临界转速高于1.25倍飞逸转速。本机组满足这一设计要求。
2.3实测方案与测试仪器的布置
大型水轮发电机组的转子，其转速不能超过飞逸转速，更不能达到临界转速。所以，不可能用通常的共振法直接测量其临界转速。如何实测水轮机临界转速是当前面临的一个难题，本文采取的是一种间接的方法，即当转子以工作转速运转时，通过人力或自然激励，激发转子的自由振动，然后，从测得的振动信号中用信号处理的方法，识别出其固有频率，最后，外推出临界转速nc1的数值，达到确定可靠的临界转速值的最终目的。
3芳纶纸在水轮发电机磁极中的应用
磁极是水轮发电机的核心部件，主要用来产生电磁场，磁极一般由磁极铁芯、线圈、托板、阻尼绕组及配套绝缘部件等组成。作为发电机的重要组成部分，磁极使用的绝缘材料质量决定磁极的使用寿命，是影响发电机安全稳定运行的关键因素。磁极铁芯绝缘通常是由芳纶纸、云母箔、上胶玻璃坯布等柔软且具有一定宽度的绝缘材料，通过在磁极铁芯径向表面连续缠绕、热压固化而形成连续的绝缘层，以起到电气绝缘的作用。磁极铁芯极身绝缘制造工艺是:在铁芯上缠绕4层0.25mm厚的芳纶纸，边缠边刷室温固化胶。芳纶纸的表面平整度和挺度主要影响芳纶纸与磁极铁芯侧面以及拐角处的贴合效果，芳纶纸的平整性差、挺度大，不易与磁极铁芯贴合，在排气、固化后，磁极铁芯侧面容易产生鼓泡的问题，且拐角处缝隙较大;反之，芳纶纸的表面平整性好、挺度小，则易与磁极铁芯贴合，在排气、固化后，磁极铁芯侧面平整，拐角处缝隙小甚至没有缝隙，从而达到使芳纶纸与磁极铁芯固化成整体结构的目的。
4模型的建立及网格划分
推力轴承内循环冷却系统的特点是推力轴承和油冷却器浸于同一个油槽，油的循环主要依靠轴承的转动部件旋转使油在轴承与冷却器之间流动，进行热交换，由冷却水将轴承损耗在油中的热量带走，以保证推力轴承在热平衡状态下，油温控制在规定的温度下运行。以某水电站水轮发电机组推力轴承内循环冷却系统为研究对象，该电站水轮发电机组推力瓦的支承方式采用弹性油箱支承，弹性油箱沿圆周方向均匀分布，共18个；推力瓦为扇形双层轴瓦，固定在弹性油箱上。油冷却器采用抽屉式油冷却器，沿圆周均匀分布，机组额定转速392.5rad/min。三维实体、流场和温度场耦合分析难点在于计算很难收敛，而且需要占用大量的计算机资源，对计算机的配置要求很高，大量的时间都花费在模型的简化以及网格的划分上，工作繁重，技术难度大。由于推力轴承油槽内的油流场具有周期性变化的特点，结合电站具体参数，对模型做了进一步的修改和简化，只建立模型的1/18进行分析。冷却器水管为铜管，冷却器管内通入冷却水，在分析过程中将水看作低速不可压缩流体，不考虑结构变形对流体产生的影响，只传递热量。
结语
总而言之，推力轴承内循环冷却系统油路阻力比较大，该阻力主要取决于冷却管的管间距和排列方式及排数，并且直接影响内循环冷却系统的冷却效果。现场水轮发电机组安装过程中，使用尺寸链、高程差的方法控制下机架、转子磁极中心线，取得了较好效果。在控制过程中对机组高程产生的误差进行了简要分析并提出了相应的控制措施。本文探讨的方法对后续巨型水轮发电机组的高程控制具有借鉴意义。
参考文献
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［2］林贵文，任树峰．大型发电机用电流互感器的屏蔽绕组结构［J］．电力建设，2006，27(3):58－60