3.10.3.1 简述
轴线调整是抽水蓄能机组安装过程中的重要环节，关系到机组的安装质量和运行性能。机组轴线要通过盘车来检查，盘车方法和方式的选择对机组轴线的调整至关重要。振摆过大，影响机组的长期稳定运行，缩短各转动部件的运行寿命。因此，摆度调整也是抽水蓄能机组长期运行必须进行的步骤。振摆调整是通过在发电机转子上配重的方法来减小其转动部件质量动、静不平衡引起的机械振动和轴摆度。
对于新建抽水蓄能电站，在机组安装过程中，盘车是一道重要的工序，用人力或电动力使机组转动部分缓慢旋转，测量各导轴承处的摆度，判断机组轴线曲折情况并进行相应的处理、调整，使其在规程规定的合格范围内，以保证机组投运后能安全稳定运行。抽水蓄能电站机组有着高水头、高转速的特点，其机组摆度比常规水电站要求更小，抽水蓄能机组摆度标准不超过0.02mm/m。
抽水蓄能机组结构通常有伞式机组和悬式机组两种。对于悬式机组，盘车非常重要，因为推力轴承安装在转子上方，水导轴承到推力轴承的轴线距离较长，摆度更难调整。造成悬式机组摆度偏大的原因有多种，表3.10.7中列举了多种造成摆度偏大的原因和处理方法。
表3.10.7 悬式水轮机组摆度偏大的原因和处理方法
新建抽水蓄能电站机组摆度偏大的原因一般为卡环和大轴配合面与轴线不垂直、法兰面与轴线不垂直和镜板水平不合格，但是也不排除其他原因。机组安装完成，最理想的机组结构是机组实际轴线中心与理论中心完全吻合，如图3.10.3（a）所示，但这是理想状态才会实现，实际机组轴线中心与理论中心会有一定的偏差，如图3.10.3（b）所示，并且大轴法兰面与轴线也不可能完全垂直，于是实际机组轴系结构应如图3.10.3（c）或图3.10.3（d）所示。
图3.10.3 机组轴系结构状态
3.10.3.2 机组轴线结构
呼蓄电站装有4台可逆式水泵水轮机-发电电动机，机组轴系由上端轴、转子、下端轴、水轮机轴和转轮构成，机组为悬式结构，各法兰面均采用刚性连接。其中上端轴长2975mm、转子高3085mm、下端轴长3617mm、水轮机轴长5275mm、转轮高1225mm，整个轴系质量达406t，下导轴承到卡环的距离为7.2m，水导轴承到卡环的距离为13.4m，机组通过推力头和镜板将重量传递给上机架，由上机架承受整个机组重量。轴系结构如图3.10.4所示。
图3.10.4 轴系结构
3.10.3.3 机组盘车过程
（1）机组轴线检查的目的：
1）检查机组加工与安装质量，如机组的旋转中心线处于最优中心上，机组转动部分与固定部分的间隙应均匀（如定子与转子间气隙、转轮止漏环间隙等），以保证机组转动时不发生碰撞。
2）检查机组各段主轴的加工与连接质量，即主轴法兰处轴线连接不弯折。
3）检查推力轴承与承重机架的加工质量和安装质量，以保证机组轴线与推力轴承镜板工作面垂直。
4）在2）、3）联合作用下，表现为机组各轴颈和轴法兰的摆度大小，应符合规程要求。
（2）盘车前的准备工作：
1）推力轴承安装完毕后，将转动部分的重量支撑在推力轴承上。
2）转动部分与四周间隙基本均匀，包括空气间隙、止漏环间隙等。
3）安装X/Y轴线4个方向4块上导轴瓦，轴瓦间隙0.02mm。
（3）盘车过程。呼蓄电站采用人工盘车，投入高压油减载装置，以人力在转子上部驱动转子旋转。盘车测量部位有集电环安装面、上导、发机轴上法兰、下导、发机轴下法兰、水机轴上法兰、水导共7个断面。
呼蓄电站原设计盘车方案为在每个测量断面+X、-X、+Y、-Y各架设一个百分表，在大轴上均匀地取4个摆度测点，实际在施工过程中，经现场各方讨论优化，即盘车前在大轴上均匀地取8个摆度测点，点位逆时针编号，每个测量断面点位以及编号一一对应，如图3.10.5所示。在每个测量断面+X和+Y方向各架设一个百分表，用以读取各断面摆度值，+X和+Y方面百分表数值相互校核。
图3.10.5 盘车测量部位示意图
注：图中1～7为测点标号。
各断面位置的百分表读数应符合正弦曲线规律，这可以用来检查盘车结果是否正确，如果不符合正弦曲线规律，说明盘车数据有误，应该核实处理后重新盘车。
以呼蓄电站2号机组为例，表3.10.8是呼蓄电站2号机组某次盘车Y方向百分表数据，表3.10.9是X方向百分表测量数据，测量数据曲线图（图3.10.6）符合正弦规律。
表3.10.8 呼蓄电站2号机组某次盘车Y方向测量记录 单位：mm
图3.10.5 盘车测量部位示意图
注：图中1～7为测点标号。
各断面位置的百分表读数应符合正弦曲线规律，这可以用来检查盘车结果是否正确，如果不符合正弦曲线规律，说明盘车数据有误，应该核实处理后重新盘车。
以呼蓄电站2号机组为例，表3.10.8是呼蓄电站2号机组某次盘车Y方向百分表数据，表3.10.9是X方向百分表测量数据，测量数据曲线图（图3.10.6）符合正弦规律。
表3.10.8 呼蓄电站2号机组某次盘车Y方向测量记录 单位：mm
表3.10.9 呼蓄电站2号机组某次盘车X方向测量记录 单位：mm
表3.10.9 呼蓄电站2号机组某次盘车X方向测量记录 单位：mm
（4）盘车分析和调整。对比Y方向和X方向测量数据结果，可发现，每个部位摆度值两个方向百分表数据基本一致，可认为盘车所测数据真实有效。
综合两个方向百分表测量数据，以镜板高程为基准，画出某次盘车2号机组轴线折线图，如图3.10.7所示。可发现，机组轴线在发电机轴上部（即转子连轴处）产生折线，需进行调整。
顶起转子，退出推力头，卸下卡环，结合盘车数据，对卡环进行研磨处理。完成后，回装卡环、推力头，受力转换将转动部件落在镜板上，重新盘车。重复上述过程，直至盘车数据满足要求为止。最终盘车数据见表3.10.10和表3.10.11，最终盘车2号机组轴线折线图如图3.10.8所示。
（4）盘车分析和调整。对比Y方向和X方向测量数据结果，可发现，每个部位摆度值两个方向百分表数据基本一致，可认为盘车所测数据真实有效。
综合两个方向百分表测量数据，以镜板高程为基准，画出某次盘车2号机组轴线折线图，如图3.10.7所示。可发现，机组轴线在发电机轴上部（即转子连轴处）产生折线，需进行调整。
顶起转子，退出推力头，卸下卡环，结合盘车数据，对卡环进行研磨处理。完成后，回装卡环、推力头，受力转换将转动部件落在镜板上，重新盘车。重复上述过程，直至盘车数据满足要求为止。最终盘车数据见表3.10.10和表3.10.11，最终盘车2号机组轴线折线图如图3.10.8所示。
图3.10.6 X/Y方向测点曲线
表3.10.10 2号机组最终盘车Y方向测量数据 单位：mm
图3.10.6 X/Y方向测点曲线
表3.10.10 2号机组最终盘车Y方向测量数据 单位：mm
表3.10.11 2号机组最终盘车X方向测量数据 单位：mm
表3.10.11 2号机组最终盘车X方向测量数据 单位：mm
图3.10.7 某次盘车2号机组轴线折线图(www.xing528.com)
图3.10.7 某次盘车2号机组轴线折线图
图3.10.8 最终盘车2号机组轴线折线图
3.10.3.4 机组动平衡试验
（1）动平衡试验原因。实际机组的转动部件不可能完全平衡，它既有静不平衡，也有动不平衡。机组转动部件的动、静不平衡是由于存在机械不平衡、电磁不平衡和水力不平衡等因素所致，并造成机组的振动和摆度。其中机械不平衡主要包括水轮机转轮质量不平衡、发电机转子质量不平衡、机组轴线曲折、导轴承轴瓦间隙调整不当、推力轴承水平调整不合适或推力头卡环配合松动等；电磁不平衡主要包括转子圆度偏差较大、发电机气隙不均匀、匝间短路或三相不平衡等；水力不平衡主要包括水轮机止漏环间隙不均匀、导叶开度不均匀以及水轮机空载工况不稳定等。工程实践表明：发电机转子质量不平衡是造成机组振动和轴摆度的主要原因。由于发电机转子体积大、质量重，由多个部件组成，其结构设计、加工制造及组装工艺很难保证机械平衡，也难以进行静平衡试验，通常多在电站现场做动平衡试验。
（2）动平衡试验目的：
1）通过在发电机转子上配重的方法来减小其转动部件质量动、静不平衡引起的机械振动和轴摆度达到允许值。
2）对于部分由于电磁不平衡和水力不平衡引起的振动，也可通过在发电机转子上配重来降低振动值。机组动平衡试验合格，可保证机组的运行质量和使用寿命。这也是机组整组启动试验一项十分重要的调试工作。
（3）动平衡试验。在动平衡试验前，机组盘车数据满足厂家和规程规范要求，机组轴线和导轴瓦间隙均已调整合格。呼蓄电站在机组整组启动试验过程中先后做过两回动平衡试验，第一回是在发电工况下进行配重试验，第二回是在水泵工况下进行再次复核。在水泵工况下进行复核是由于所检测到的机组振动值和轴摆度，只由机组转动部件本身的机械不平衡所产生，不包含水力不平衡的作用和水头变化的影响，可以做到比较精确的测试和配重，试验结果可以达到较高的精确度。同时，对于高转速抽水蓄能机组，采取试验基准转速80%的额定转速方法进行机组动平衡试验，以便用较短时间完成试验工作。
以3号机组动平衡试验为例。动平衡试验具体步骤如下：
1）转子配重前，机组水轮机工况下并稳定在80%额定试验转速上测出其振动、轴摆度及相位值，见表3.10.12。
2）然后在转子上端键相片180°方位（R1700mm）安装18.5kg配重块，再次启动机组稳定转速，测出新的振动、轴摆度及相位值。
3）继续在转子上端键相片180°处（R1700mm）增加33kg配重块，第三次启动机组，测量和记录新的振动、轴摆度及相位值。
4）在转子下端键相片顺时针15°方位（R1120mm）安装14kg配重块，测量和记录新的振动、轴摆度及相位值。
5）根据前三次测量和记录的数据，计算需要配重的方位及重量，配重后再次启动机组，测量和记录新的振动、轴摆度及相位值，见表3.10.13。
经过几次试验、测量、计算和配重后，利用配重块所产生的附加离心力去抵消原有的机械不平衡力，从而达到减小机组振动值和轴摆度的目的。
从初次额定空转数据表3.10.12中可以看出，机组在额定空转试验时各摆度通频值中最大达到781.0μm，主要以转频值为主。鉴于此情况，机组需做动平衡试验。
表3.10.12 初次额定空转振动、摆度值 单位：μm
图3.10.8 最终盘车2号机组轴线折线图
3.10.3.4 机组动平衡试验
（1）动平衡试验原因。实际机组的转动部件不可能完全平衡，它既有静不平衡，也有动不平衡。机组转动部件的动、静不平衡是由于存在机械不平衡、电磁不平衡和水力不平衡等因素所致，并造成机组的振动和摆度。其中机械不平衡主要包括水轮机转轮质量不平衡、发电机转子质量不平衡、机组轴线曲折、导轴承轴瓦间隙调整不当、推力轴承水平调整不合适或推力头卡环配合松动等；电磁不平衡主要包括转子圆度偏差较大、发电机气隙不均匀、匝间短路或三相不平衡等；水力不平衡主要包括水轮机止漏环间隙不均匀、导叶开度不均匀以及水轮机空载工况不稳定等。工程实践表明：发电机转子质量不平衡是造成机组振动和轴摆度的主要原因。由于发电机转子体积大、质量重，由多个部件组成，其结构设计、加工制造及组装工艺很难保证机械平衡，也难以进行静平衡试验，通常多在电站现场做动平衡试验。
（2）动平衡试验目的：
1）通过在发电机转子上配重的方法来减小其转动部件质量动、静不平衡引起的机械振动和轴摆度达到允许值。
2）对于部分由于电磁不平衡和水力不平衡引起的振动，也可通过在发电机转子上配重来降低振动值。机组动平衡试验合格，可保证机组的运行质量和使用寿命。这也是机组整组启动试验一项十分重要的调试工作。
（3）动平衡试验。在动平衡试验前，机组盘车数据满足厂家和规程规范要求，机组轴线和导轴瓦间隙均已调整合格。呼蓄电站在机组整组启动试验过程中先后做过两回动平衡试验，第一回是在发电工况下进行配重试验，第二回是在水泵工况下进行再次复核。在水泵工况下进行复核是由于所检测到的机组振动值和轴摆度，只由机组转动部件本身的机械不平衡所产生，不包含水力不平衡的作用和水头变化的影响，可以做到比较精确的测试和配重，试验结果可以达到较高的精确度。同时，对于高转速抽水蓄能机组，采取试验基准转速80%的额定转速方法进行机组动平衡试验，以便用较短时间完成试验工作。
以3号机组动平衡试验为例。动平衡试验具体步骤如下：
1）转子配重前，机组水轮机工况下并稳定在80%额定试验转速上测出其振动、轴摆度及相位值，见表3.10.12。
2）然后在转子上端键相片180°方位（R1700mm）安装18.5kg配重块，再次启动机组稳定转速，测出新的振动、轴摆度及相位值。
3）继续在转子上端键相片180°处（R1700mm）增加33kg配重块，第三次启动机组，测量和记录新的振动、轴摆度及相位值。
4）在转子下端键相片顺时针15°方位（R1120mm）安装14kg配重块，测量和记录新的振动、轴摆度及相位值。
5）根据前三次测量和记录的数据，计算需要配重的方位及重量，配重后再次启动机组，测量和记录新的振动、轴摆度及相位值，见表3.10.13。
经过几次试验、测量、计算和配重后，利用配重块所产生的附加离心力去抵消原有的机械不平衡力，从而达到减小机组振动值和轴摆度的目的。
从初次额定空转数据表3.10.12中可以看出，机组在额定空转试验时各摆度通频值中最大达到781.0μm，主要以转频值为主。鉴于此情况，机组需做动平衡试验。
表3.10.12 初次额定空转振动、摆度值 单位：μm
动平衡试验数据见表3.10.13，从数据可以看出，经过动平衡试验，机组上导和下导摆度有明显变化，转频最大值从649.9μm降到152.4μm；下机架水平振动转频最大值也从714.1μm降到12.1μm，动平衡试验达到了试验目的。
表3.10.13 动平衡试验后额定空转振动、摆度值 单位：μm
动平衡试验数据见表3.10.13，从数据可以看出，经过动平衡试验，机组上导和下导摆度有明显变化，转频最大值从649.9μm降到152.4μm；下机架水平振动转频最大值也从714.1μm降到12.1μm，动平衡试验达到了试验目的。
表3.10.13 动平衡试验后额定空转振动、摆度值 单位：μm
3.10.3.5 小结
呼蓄电站机组额定水头521m，额定转速500r/min，有着高水头、高转速的特点，因此机组要求摆度较小。对于悬式机组，盘车是一道非常重要的工序，如果能在较短的时间内调整好摆度，那将大大提高电站建设的效率。
呼蓄电站通过作动平衡试验，精确配重，并采取调整优化机组导轴瓦间隙和明确规定机组动平衡评定标准等综合措施，使机组各工况下各部位的振动值和轴摆度均达到机组设备合同规定和国内同类抽水蓄能电站领先水平。电站4台机组运行良好，各项运行设备性能指标优良。上导轴承都在0.2mm以内，下导轴承略大也在0.25mm以内，水导轴承摆度最优，4台机组都在0.10mm以内。4台机组三部轴承摆度均远小于75%的轴承总间隙，运行质量数据见表3.10.14。
表3.10.14 机组运行质量数据
3.10.3.5 小结
呼蓄电站机组额定水头521m，额定转速500r/min，有着高水头、高转速的特点，因此机组要求摆度较小。对于悬式机组，盘车是一道非常重要的工序，如果能在较短的时间内调整好摆度，那将大大提高电站建设的效率。
呼蓄电站通过作动平衡试验，精确配重，并采取调整优化机组导轴瓦间隙和明确规定机组动平衡评定标准等综合措施，使机组各工况下各部位的振动值和轴摆度均达到机组设备合同规定和国内同类抽水蓄能电站领先水平。电站4台机组运行良好，各项运行设备性能指标优良。上导轴承都在0.2mm以内，下导轴承略大也在0.25mm以内，水导轴承摆度最优，4台机组都在0.10mm以内。4台机组三部轴承摆度均远小于75%的轴承总间隙，运行质量数据见表3.10.14。
表3.10.14 机组运行质量数据
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