Центрирование вращающихся частей — одна из наиболее ответственных операций при монтаже и в процессе эксплуатации гидроагрегатов.
Центрирование вертикальных агрегатов преследует следующие цели: создание необходимых зазоров между неподвижными и вращающимися частями; устранение чрезмерных биений вращающихся частей, вызываемых рядом причин, основными из которых являются статический, динамический, гидравлический и электрический дисбалансы, а также неперпендикулярность опорной плоскости вращающегося диска подпятника оси вала и излом во фланцевых соединениях элементов, образующих общую линию вала агрегата [3].
Процесс центрирования ротора вертикальных гидроагрегатов в основном состоит из трех операций: 1) проверки общей линии вала с устранением чрезмерных биений; 2) приведения вала в вертикальное положение; 3) установки рабочего колеса в центр сопрягающихся с ним неподвижных деталей. Эти операции выполняют следующим образом.
Рабочее колесо расцентровывают по зазорам между лопастями и камерой (для поворотно-лопастной турбины) или в лабиринтных уплотнениях обода в фундаментном кольце (нижнем кольце направляющего аппарата) и ступицы в крышке турбины (для радиально-осевой турбины). Вал турбины регулированием длины подвесок (для поворотно-лопастного рабочего колеса) или подбивкой клиньев под обод (для радиально-осевого рабочего колеса) приводят в вертикальное положение, проверяемое с помощью струн (допускаемый уклон не более 0,03 мм на 1м длины вала). Для сохранения центрирования всего ротора в плане и получения вертикального положения оси ротора после соединения его элементов центрируют ротор генератора относительно вала турбины: совмещают образующие цилиндрических поверхностей фланцев, а их сопрягаемые торцовые плоскости приводят в параллельное положение. Первое достигается смещением ротора генератора на сегментах подпятника за счет нажатия вкладышами подшипника на вал, второе — приведением ротора в вертикальное положение с помощью опорных болтов сегментов подпятника.
Соединяют вал турбины со ступицей ротора генератора и окончательно затягивают болты фланцевого соединения.
Для проверки перпендикулярности подпятника и отсутствия изломов во фланцевых соединениях элементов ротора агрегата производят его прокрутку с помощью крана. Ротор агрегата проворачивают после регулирования нагрузок на сегменты подпятника, пришабривания баббитовой поверхности сегментов по опорной плоскости вращающегося диска (по результатам поворотов ротора агрегата краном), пришабривания баббитовой поверхности направляющего подшипника генератора по шейке надставки (осуществляется на монтажной площадке до установки надставки на место). При повороте ротора агрегата краном для получения оттиска и шабрения сегментов подпятника, а также для проверки общей линии вала вкладыши направляющего подшипника турбины на место не устанавливают, а сегменты направляющего подшипника генератора прижимают к шейке надставки до образования минимального зазора (0,05 мм); практически исключающего возможность смещения ротора по подпятнику.
Для устранения ошибок, возможных при фиксировании индикаторами значений биений при повороте ротора краном из-за того, что возвращение ротора в исходное положение после каждого поворота на выбранный угол представляется невозможным, после освобождения троса сегменты направляющего подшипника генератора освобождают (отодвигают) до создания зазора с шейкой надставки.
Рис. XII.8. Схемы общей линии вала гидроагрегата и расположения индикаторов при проворачивании ротора: а — двухвальный агрегат; б — агрегат с единым валом;
J1— J5 — индикаторы, расположенные в вертикальных плоскостях, проходящих через ось z и оси х и у; 1—8 — точки замера, расположенные по окружности вала через 45° в горизонтальных плоскостях
Перед каждым поворотом ротора на следующие 90° сегменты вновь прижимают к шейке надставки до образования минимального зазора (0,05 мм), но без изменений показаний индикаторов. Для облегчения процесса проверки общей линии вала устанавливают только половинное число сегментов направляющего подшипника генератора.
При проворачивании ротора определяют биения (двойные амплитуды перемещений в горизонтальной плоскости) шейки у направляющего подшипника генератора и фланца надставки, шеек вала у фланца и направляющего подшипника турбины. Для этого в каждой горизонтальной плоскости замеров устанавливают по два индикатора: по одному в направлениях продольной и поперечной осей здания ГЭС, причем индикатор в направлении продольной оси служит для получения контрольных показаний (рис. XII.8).
Если замеренные при проворачивании ротора биения укладываются в допустимые значения биений надставки и вала в указанных местах, процесс проверки общей линии вала считают завершенным. В противном случае принимают необходимые меры для уменьшения чрезмерных биений и доведения их до допустимых.
Для агрегатов с единым валом — типа изготовленных ЛМЗ и заводом «Электросила» им. С. М. Кирова для ГЭС «Джердап—Железные Ворота» (Югославия — Румыния) — с учетом особенностей их конструкции и технологически возможной точности изготовления и соединения вала со ступицей допустимые биения могут быть определены из следующих зависимостей (размеры lг, lт, Dп, L, см. на рис. XII.8, б):
- биение фланца Бала из-за неперпендикулярности подпятника - 0,04 мм — биение опорной плоскости вращающегося диска с учетом технологически возможной точности изготовления подпятника в целом;
- биение шейки вала направляющего подшипника турбины по той же причине Бт±п < 2·0,04L/D;
Рис. XII.9. Поперечные смещения (Б/2) вала в процессе проверки общей линии вала при проворачивании ротора агрегата: а — первоначальное состояние; б — после установки клиновой полиэтиленовой прокладки между сопрягаемыми плоскостями втулки ротора и вращающегося диска подпятника;
1 — смещения у направляющего подшипника турбины; 2 — смещения у фланца; — — при прижатых сегментах направляющего подшипника генератора; -------------------------- при освобожденных сегментах направляющего подшипника генератора,
3. биение шейки вала из-за излома во фланцевом соединении вала со ступицей Бт±ф≤2х0,02·2lΤ/Dφ, где 0,02 мм — биение торцовой плоскости каждого из двух фланцев; коэффициент 2 учитывает возможность суммирования этих биений при соединении вала со ступицей.
Суммарное значение биений в результате технологически допустимых неточностей при изготовлении подпятника и при обработке и соединении вала со ступицей
Так как эта величина превышает допустимый зазор между валом и сегментами направляющего подшипника турбины, суммирование неточностей изготовления вала и ступицы при их соединении является недопустимым. В этом случае биение шейки вала у направляющего подшипника турбины
Учитывая сложность шабрения на клин торцовой плоскости одного из двух фланцев, излом во фланцевом соединении вала с втулкой при монтаже не устраняют.
Уменьшения составляющей биения шейки вала у направляющего подшипника турбины от излома достигают одновременно с уменьшением составляющей биения от неперпендикулярности подпятника. В этом случае шабрят на клин нанесенный на тыльной стороне вращающегося диска изоляционный слой, создавая тем самым новую геометрическую ось, при вращении ротора вокруг которой биения становятся допустимыми. Максимальная высота сшабриваемого клина (мм) δ = Бт+пDп/(2L), где БТ±П — уменьшенное биение вала у направляющего подшипника турбины из-за неперпендикулярности подпятника. После проверки общей линии вала (и в случае необходимости ее поправки) проверяют вертикальность вала по струнам и, если это нужно, приводят его в более точное вертикальное положение, совмещая эту операцию с проверкой и регулированием равномерности распределения нагрузки от массы ротора агрегата на сегменты подпятника. Проверяют положение рабочего колеса по зазорам в уплотнениях ступицы и обода в неподвижных частях и при необходимости весь ротор агрегата перемещают по подпятнику в нужном направлении до получения оптимального распределения этих зазоров.
Изменение неперпендикулярности подпятника в целях создания новой геометрической оси вращения с уменьшенными значениями биений определяют графически с помощью построения кривых (синусоид) показаний индикаторов и векторной диаграммы (рис. XII.9, XII. 10).
На векторной диаграмме вектор биения шейки вала у направляющего подшипника турбины из- за неперпендикулярности подпятника, OC=OD+ DC— вектор биения шейки вала в том же месте из-за неперпендикулярности подпятника и излома во фланцевом соединении, DC=ОС — OD— вектор биения вала в том же месте от излома во фланцевом соединении его со ступицей.
Соединив точку О начала координат с точкой Е, получим ОЕ = OD + DE — сумма вектора биения шейки вала у направляющего подшипника турбины из-за имеющейся неперпендикулярности подпятника и части вектора биения от излома во фланцевом соединении вала со ступицей (разность имеющегося и допустимого значений биения). Вектор ОС = ОЕ + ЕС.
Шабрением на клин тыльной поверхности вращающегося диска создают дополнительную неперпендикулярность подпятника: вектор ОЕ' равен по величине вектору ОЕ, но противоположно направлен. Приложив вектор ОЕ', получим ОЕ' + OD = OD' = —DE. При этом, как видно из диаграммы, ОС + ОЕ' = ОС' = ЕС, т. е. биение шейки вала у направляющего подшипника турбины из-за имевшейся и дополнительно вызванной неперпендикулярности подпятника и из-за имеющегося излома во фланцевом соединении вала со ступицей становится равным допустимому, изображаемому вектором ЕС. Максимальная высота сшабриваемого клина в точке Е(мм) δ=|OE'|Dп/(2L), где |ОЕ'| — абсолютная величина вектора ОЕ', принимаемая в масштабе, выбранном при построении диаграммы.
В последние годы в процесс центрирования вертикальных агрегатов постепенно вносятся изменения, связанные с совершенствованием технологии изготовления гидросилового оборудования.
В связи с переходом к раздельной обработке отверстий во фланцах валов турбины и генератора (единого вала и ступицы ротора) по кондукторам отпала необходимость доставки вала генератора на турбинный завод для соединения и совместной обработки. При этом отказались и от проверки соединенных между собой валов по струнам в горизонтальном положении для определения значения излома во фланцевом соединении.
При монтаже до соединения валов прокручивают ротор генератора для определения точности обработки элементов, составляющих подпятник, а также проверки перпендикулярности торца фланца оси вала.
При обнаружении биений вала генератора из-за неперпендикулярности опорной плоскости вращающегося диска оси их устраняют за счет компенсатора (прокладки), предусматриваемого конструкцией подпятника.
Биение из-за неперпендикулярности торца фланца вала генератора устраняют за счет поворота вала турбины с учетом данных его изготовления (для оптимального взаимного положения валов) или шабрением на клин торца фланца вала турбины.
После соединения валов ротор агрегата прокручивают, при этом биение вала турбины у направляющего подшипника, которое может быть вызвано только неперпендикулярностью торца вала турбины, устраняют шабрением торца после разъединения валов.
Рис. XII.10. Векторная диаграмма биений в процессе проверки общей линии вала при проворачивании ротора краном:
1—8 — точки замеров
Такая последовательность операций позволяет исправлять элементы, составляющие общую линию вала, поочередно (сначала на генераторе, затем на турбине) и привлекать к этим работам заводы-изготовители.
