在卧式机组检修中，常需将两根以上的轴连接在一根中心线上，这是保证机组检修质量和安全运行的重要措施之一。一般情况下，已经安装的机组轴线已经找正，只要按检修前记号恢复安装即可，但如果更换轴承座等影响机组轴线的重要部件，就必须重新找正机组轴线，为了对卧式机组的定心工作有一个深刻的认识，我们就从机组重新定心进行介绍。

（一）定心的原理

1.轴心线

任何一个独立的旋转轴，都有自己的轴心线。由于转子自重G的作用，卧式机组的轴心线一般是一条自然挠曲线。在轴的中部存在最大挠度fmax，如图4-13所示。轴两端的联轴器法兰盘A、B的端面和轴线垂直，由于轴线不是一条直线，所以A和B两端面也不会平行。

图4-13　机组实际的轴心线

2.轴心线与联轴器中心线

轴有它自己的轴心线，联轴器也有自己的中心线。除非联轴器和轴是一个整体，加工制造时是一次加工完成，凡是后来套入主轴端的联轴器，都会造成轴和联轴器中心线的不重合。即在旋转时联轴器外径会摆动，摆动的大小由联轴器的加工精度决定，如图4-14（a）所示。联轴器的端面，在加工时也存在偏差，使它的端面和旋转中心线不垂直，如图4-14（b）所示。

图4-14　联轴器的加工偏差

（a）联轴器中心线和轴中心线不重合；（b）联轴器端面和轴中心线不垂直

3.不适宜的定心方法

因为轴线有自然挠度及联轴器本身存在的偏差，所以当把两个以上的旋转体连在一起时，轴线的找正单凭测量轴颈水平及两个连接的联轴器法兰盘的轴向间隙和径向间隙值是不可靠的，如图4-15所示。

（1）当联轴器和轴不同心，按联轴器外径进行轴线找正时，会出现两轴的径向偏差δ[图4-15（a）]。

（2）当联轴器端面和轴的中心线不垂直，按联轴器轴向间隙进行轴线找正时，会出现两轴的角度偏差α[图4-15（b）]。

（3）因为两轴存在自然挠度，因此也不能用测量联轴器径向间隙、轴向间隙和主轴轴颈水平的方法来找正轴线[图4-15（c）]。

图415　不宜采用的定心方法

4.正确的定心方法

设在轴心外有一点P，当轴旋转时，P点随着轴心线旋线。我们先不考虑轴的轴向窜动，P点的运动轨迹就会是一个圆，圆心在轴线上，并且圆所在平面和轴心线垂直（图4-16），这就是正确的定心方法原理。

图4-16　正确的定心方法

在定心工作中，P点可以是套在轴上的联轴器法兰盘外圆上的一个定点。如果联轴器半径太小，将影响定心工作的精确性（一般说P点到轴心线距离应不小于200～300mm）。如两轴的联结方法特殊，是飞轮或齿轮联轴器等情况，则可用一种定心专用卡具来实现，如图4-17所示。如果两个将要联结起来的转动轴在两联轴端各有P1和P2点，如图4-16所示，它们各绕Ⅰ轴和Ⅱ轴以相同的角速度旋转，它们的运动迹◎1和◎2若同心平行，则所找正的两轴心线在同一条中心线上，这是定心工作理想的情况。

图4-17　定心卡具

（a）用塞尺直接测量；（b）用塞尺和专用工具测量；（c）用百分表和专用工具测量

定心工作的两个要求：一个是要求消除两轴线的角度偏差；另一个是要求消除两轴的径向偏差。两轴联结后，两轴心线的连接是一条光滑的挠曲线。

（二）四支点机组的定心工作

基准轴有两个径向轴承，被找正轴有两个轴承，这种结构在卧式水轮发电机组中是常见的，也就是我们常说的四支点机组。

四支点机组的定心工作，对水轮发电机组来说它的基准轴是水轮机轴，在定心前应该对转轮的密封间隙进行找正及水轮机轴本身找水平。具体方法是用塞尺测量密封间隙，使转轮密封环之间的间隙四周均匀。用框式水平仪在轴颈处测量水平，如图4-18所示。做这项工作时，要事先找好主轴的水平。将框式水平仪放置在推力复合径向轴承轴颈及径向轴承轴颈处，观察主轴是否水平，如果转轮端重，则还需要在联轴法兰处配挂一定的重物，直到主轴处于水平为止。在一个方位水平后，可旋转3～4个方位检查，看是否主轴都处于水平状态。如果水平就可以用塞尺检查上下迷宫环间隙δa1、δa2、δb1、δb2；看是否δa1=δa2，δb1=δb2，如果基本相等，误差在许可范围之内，说明此时主轴已经处于中心位置，可进行下一步的工作。也有的检修人员在做这项工作时，不装入转轮，而是用百分表装在主轴头部，旋动主轴来进行找正工作，如图4-19所示。只要在转动一圈的过程中百分表在上下迷宫环处的读数变动在允许范围内，即可认为主轴处于中心位置。

图4-18　塞尺塞间隙找正基准轴

1—转轮；2—框式水平仪；3—推力复合径向轴承；4—径向轴承；5—联轴法兰

图4-19　用百分表找正基准轴

1—百分表；2—转轮迷宫环；3—水平仪；4—联轴法兰；5—推力复合径向轴承

也有的是将百分表放置在迷宫环处，将百分表指针对准转轮安装轴颈，旋动主轴来观察主轴的数值变动量，其实质上与将百分表装在主轴轴头上是一样的。当然这是在主轴处于水平状态下才能测量的。

发电机的中心找正有两种方法：一种是用直尺和塞尺找正；另一种是用3只百分表进行找正。前者工作比较方便，但精度较差，只在有弹性联轴器的机组的定心工作中采用；后者精度较高，在使用刚性联轴器的机组或转速较高的机组轴线定心时采用。

1.用直尺和塞尺定心

（1）角度偏差的调整主要采用调整两联轴法兰盘上轨迹圆平行度的办法，来达到纠正偏差。

第一步，先通过调整发电机的位置，使两个联轴器法兰盘接近平行和同心，两法兰盘轴向间隙基本符合规定值（由制造厂规定）。调整时用钢板尺靠在法兰盘的外圆4个互相垂直位置，根据间隙情况作初步调整。

第二步，拧紧发电机轴承地脚螺栓，用塞尺测量两法兰盘外圆上0°、90°、180°、270°处的轴向间隙b′1、b′2、b′3、b′4，然后将两法兰盘同时转180°（在外圆上作好记号，保证两法兰盘转的角度一致），再量出b″1、b″2、b″3、b″4的数值，可得四处的平均轴向间隙，如图4-20所示。

要使两轨迹圆平行，必须根据测得记录依水轮机轴为准，调整发电机的位置，使b1=b4，b2=b3。

图420　测量两盘的轴向间隙

如图4-21所示，若测得两个轨迹圆在铅垂面上的平行误差为Δby=b1-b4，要使两圆平行，发电机后轴承高度应调整，由图中两相似的阴影三角形可知，为纠正铅垂面上两轴的角度偏差，发电机后轴承高度调整量为：

图4-21　调整两盘平行

式中　D——联轴器外圆的直径；

L2——发电机前后轴承之间的距离。

因D、L2、Δby均为已知，所以可以求出发电机后轴承加减垫片的数值或楔子板的调整量。若δyL为正值，发电机后轴承垫高；为负值，则反之。

在垂直方向调整之后，再根据Δbx=b2-b3，用同样方法可求得发电机后轴承在水平方向的调整量δyL，若δyL为正值，可将发电机后轴承向左移动，为负值则反之。当轴向间隙b的值符合图纸规定，误差规定值时为合格。

（2）径向偏差的调整，主要采取调整两轴联轴器法兰轨迹圆同心度的办法，来达到纠正偏差。

用刀口尺靠在法兰盘的外圆0°、90°、180°、270°处，如图4-22所示，用塞尺测出径向间隙a′1、a′2、a′3、a′4，然后将两法兰盘同时转动180°，又测出a″1、a″2、a″3、a″4，由此可得出平均间隙：

规定水轮机法兰盘高于发电机法兰盘a为正值，低于发电机法兰盘a为负值。发电机前后轴承在垂直方向的调整量为：

式中　δy∥——正值，两轴承同时垫高；为负值则反之。

水平方向的调整量为：

式中　δx∥——正值，两轴承同时向左平移；为负值则反之，观察方向如图4-20所示。

弹性联轴器同心度的允许误差小于0.10mm。

2.用3只百分表定心

这种方法精确度较高，主要用于精确找正。在用上述办法作初步调整后，把径向表A装在水轮机轴法兰盘上，指向发电机法兰盘的圆周表面；平面表B和C装在水轮机法兰盘上，指向发电机法兰盘的端面，它们互成180°。B、C表和A表互成90°，其装置位置如图423所示。

图4-22　调整联轴器的同心度

图4-23　用3只百分表找中心

先把A、B、C3只百分表的表针起始位置对“0”位，然后两轴一起旋转，每隔90°作一次记录，如图4-24所示。根据记录计算出径向偏差和角度偏差的调整量。

（1）径向偏差的调整。发电机前后轴承在垂直方向的调整量：

此式得正值表示发电机轴线低，两轴承垫片同时增加；得负值则相反。

图4-24　百分表定心记录（从水轮机轴方向看发电机）(www.daowen.com)

（a）A表记录；（b）B表记录；（c）C表记录

水平方向的调整量：

如果得正值，发电机两轴承同时向左平行移动；得负值则反之。

（2）角度偏差的调整。角度有偏差表明两轴线不平行而有一交角，由图4-25可以看出表B、C是由水轮机轴线旋转的，而百分表所指的点是绕发电机轴线旋转的。

1）联轴器两轨迹圆平行度偏差的计算。先分析两轴线在铅垂面上的情况，如图4-25所示。当轴线在起始位置，B表读数为b1，C表读数为c3，联轴器处在实线位置。当二轴线同时旋转180°后，因为在旋转过程中存在轴向窜动，发电机联轴器位于虚线位置。百分表C处在上方，读数为c1。百分表B在下方，读数为b3，联轴器发电轴向窜动值为L。由图4-25可得：

图4-25　铅垂面上的角度（开口）偏差分析图

图4-26　两轴斜交在铅垂面上投影分析

解方程组得两定点轨迹圆在铅垂面上的平行偏差：

按上式计算，如果得正值为上开口，发电机轴线向下倾斜，负值则相反。如图4-26所示，所以两轴线在铅垂面内投影的夹角为：

式中　D——联轴器直径。

用同样的方法可得两定点轨迹圆在水平面上的平行度偏差：

两轴线在水平面内投影的夹角为：

Δbx得正为左开口，发电机轴向右倾斜；得负值则反之。

2）角度偏差调整量的计算。根据联轴器两轨迹圆不平行误差值和图4-26几何图形分析，可计算出发电机前后轴承在铅垂面和水平面上的调整量。

a）轴承在垂直方向的调整量。

前轴承的垫片厚度调整量为：

后轴承的垫片厚度调整量为：

δyL为正值为加垫片；负值为减垫片。

b）轴承在水平方向的调整量。

前轴承在水平方向移动量为：

后轴承在水平方向的移动量为：

δyL为正值，轴承向左移动；负值则反之。

按照以上计算数值处理，使发电机轴绕零点旋转了一个角度，使两轴线平行，所以消除了轴线的角度误差。

（3）径向偏差和角度偏差的综合调整。当对径向和角度偏差进行综合考虑时，各调整量如下。

1）轴承在垂直方向的综合调整量。

前轴承加（减）垫数值：

后轴承加（减）垫数值：

根据以上两式计算，正值为加垫值；负值为抽垫值。

2）轴承在水平方向的综合调整量。

前轴承水平方向调整量：

后轴承水平方向调整量：

如果得正值，轴承向左移动（即向a2方向）；得负值则反之。

3.定心的质量标准

定心的两项质量标准为径向偏差和角度偏差，如果无厂家资料，可参考表4-1。

表4-1　定心允许偏差值

（三）三支点机组的定心工作

具有三支点的卧式水轮发电机组，是指水轮机轴由一个轴承支承，发电机由两个轴承支承，两轴用刚性联轴器直接联结，或在刚性联轴器中间装有一飞轮，实现联结。下面分别讨论这两种联结的机组定心工作。

1.两轴用刚性联轴器直接联结的机组定心

这种结构形式的两轴联轴器法兰盘上都有凹凸配合的止口，所以止口套入可看作一个支点，并且因为止口的径向间隙很小，径向偏差由结构保证，不需要进行找正，只需找正两轴的角度偏差就可以保证两轴的同心度。

为了测量两轴线角度偏差值的大小和调整轴线，通常将联轴器上精制螺栓拆除，更换3～4只直径较小的临时组合螺栓，并使两法兰盘结合面分离1～2mm。临时组合螺栓起两个作用：一个是使水轮机轴和发电机同时旋转；另一个是防止止口脱开。

这种机组只需测定角度偏差，计算和测量方法与四支点机组相同，不再重复叙述。

2.两法兰间夹飞轮刚性联结的机组定心

如图4-27所示，在联轴法兰盘之间装有一飞轮，而飞轮重量较重，例如2.5～5MW的卧式机组，它的质量达3～5t，这给定心工作带来了麻烦，使其不能按照典型的定心方法来测量和计算。以下介绍这类机组的定心方法，是根据电站安装检修机组所积累的经验制定的，虽然理论上不够严格和精确，但实践证明是可行的。

因为联轴器法兰盘之间装有飞轮，按照典型定心方法定心存在困难，而三支点机组定心工作的目的是要把三个径向轴承找正在同一条中心线上。因而可以设想若三个轴承不同心，则会得出以下结论。

（1）各轴承受力发生变化，因而轴和下轴瓦发生摩擦时，各瓦的亮点及分布情况和同心时不同。例如发电机后轴承位置偏高，则该下轴瓦接触点亮而大，推力径向复合轴承和发电机前下轴瓦的接触点淡而细。又如轴承左右位置偏差将造成下轴瓦侧面间隙发生变化和瓦的接触点靠单面的现象。

（2）由材料力学可知，轴在转动部分自重的作用下，是一根下挠的曲线，而它的形状和三个轴承的同心度有关，不同的同心度就有不同形状的挠曲线。用框式水平仪在三个轴承轴颈处测量水平度可以测出轴的挠曲情况，可得推论：若轴线在水平位置，则三个轴承处在同一根中心线上，用框形水平仪测量三个轴颈读数A1、A2、A3（图4-27）对同一型号机组应是定值，在这种情况下机组振动最小，各轴承瓦温最理想。所以我们可以根据机组型号和安装运行情况统计定出A1、A2、A3的最适合值。

图4-27　两法兰间夹飞轮刚性联结轴线找正

1—蜗壳；2—转轮；3—水轮机主轴；4—推力径向复合轴承；5—飞轮；6—发电机后轴承；7—发电机；8—发电机前轴承；9—发电机主轴；10—水平仪；11—机架

1）检查水轮机转轮密封间隙，要符合要求。

2）检查三个轴承的下轴瓦两侧间隙，要求均匀。

3）在三个轴颈用框型水平仪检查轴颈处水平情况，根据经验对1.25～7.5MW的卧式机组，水导轴承处A1应向蜗壳方向高4～5格，发电机后轴承处A2应向蜗壳方向高3～4格，发电机前轴承处A3应向励磁机方向高3～4格为妥（框型水平精度为0.02mm/m）。

4）松开发电机后轴承的轴瓦与机架的连接螺栓，扳动飞轮转动转子，使发电机后轴承的下轴瓦在水平方向走正，然后再拧紧螺栓。

5）刮瓦。扳动飞轮使轴转5～6圈，使轴颈和下轴瓦研磨，然后用桥机将转动部分吊高（约吊高0.25～0.40mm），将轴瓦翻滚后取出，如图4-28所示。

图4-28　翻滚下轴瓦的操作

1—下轴瓦；2—吊环；3—垫木；4—撬棍；5—主轴轴颈；6—钳工锤；7—木块

取出三个轴承的下轴瓦，看接触点的明暗和分布情况，确定轴承是否同心。如果接触亮点靠单边，表示轴承在水平方向不同心，可松开螺钉调整轴承的左右位置。如果接触点明而粗，表示该轴承所处位置偏高，可以采取抽垫或刮瓦的方法解决。经过反复多次盘车、刮瓦达到三个轴承的下轴瓦接触点明亮度相似，在工作角内亮点分布均匀，每平方厘米2点接触，此时即可认为三个轴承已经同心。可以将三道轴承在百分表的监视下打紧，然后配钻铰发电机后轴承的定位销。机组的轴线即确定。

当然，对于较大型的机组，一般还是普遍采用四支点机组的定心法，这种方法的好处是不必再重新钻铰发电机后轴承的定位销孔，只是定心工作稍为繁杂一些，但其定心较为准确，机组找正后的轴线误差小于前一种方法。因此在较大型的机组安装中，目前采用较多的还是典型的联轴法兰两轮进行找正的方法。找正还是以水轮机轴为准。水轮机轴中心调整符合要求后，将发电机吊入，通过移动机架进行发电机主轴水平调整。在三支点机组的定心工作中，水机主轴水平宜向蜗壳端高5格左右。发电机主轴两端水平只要水平仪所测格数基本相同（误差1格内），方向相反即可。然后在水平状态下将发电机主轴法兰向水轮机主轴法兰靠拢，待两法兰相近时，用游标尺测量两法兰间间隙，分对称四个方向测量（四个方向的误差在0.03mm内），其间隙应与所夹飞轮厚度相同（误差在0.05mm内）。边测量边调整，以此间隙保证机组两轴线的平行度。机组的同心度则与四支点机组测量方法相同，这里不再简述。当然以可以完全采用四支点的定心方法来作，只是此时四个方向的b值应调整为飞轮的厚度值。