水電站機(jī)組振動和擺度原因分析及處理方法

王世龍

【摘要】目前，隨著社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，人們對生產(chǎn)用電的數(shù)量及用電質(zhì)量的要求也在日益提升，使得近年來電力行業(yè)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。在電力行業(yè)迅猛發(fā)展的同時，也暴露出不少問題，其中水電站機(jī)組振動和擺度異常的問題，最為突出，不僅威脅著設(shè)備的正常使用，同時還威脅著使用人員的生命安全。因此，需要對水電站機(jī)組振動和擺度異常的原因進(jìn)行深入研究。本文重點(diǎn)分析了水電站機(jī)組振動和擺度原因，并提出了與之相應(yīng)的處理方法。

【關(guān)鍵詞】水電站；振動；擺度；不平衡力

振動和擺度的異常對整個水電站機(jī)組運(yùn)行有著十分嚴(yán)重的危害，不僅會降低整個機(jī)組的工作效率，影響整個水電站機(jī)組的安全運(yùn)行。同時還會損壞機(jī)組的相關(guān)部件，致使安全事故的發(fā)生。由于水電站機(jī)組的振動和擺度是不能完全避免的，因此如何更好的解決電站機(jī)組振動和擺度偏大的故障是當(dāng)前勢在必行的。

一、概述

某水電站3號機(jī)組自從投產(chǎn)發(fā)電后不久，就出現(xiàn)了上機(jī)架振動及下導(dǎo)擺度過大的現(xiàn)象，有關(guān)安裝單位對此進(jìn)行了多次試驗(yàn)配重，機(jī)組振動、擺度情況有較大的好轉(zhuǎn)，但是依舊存在機(jī)組加勵磁后產(chǎn)生強(qiáng)烈振動及擺度的狀況。其中，上機(jī)架振動高達(dá)0.13mm，下導(dǎo)擺度最大值也高達(dá)0.95mm，嚴(yán)重威脅了整個水電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，對其進(jìn)行及時的處理是刻不容緩的。

二、擺度及振動過大產(chǎn)生的原因

（一）轉(zhuǎn)子磁極勵磁電流產(chǎn)生不平衡力的影響

當(dāng)機(jī)組加勵磁產(chǎn)生強(qiáng)大電流時，其機(jī)組的振動、擺度就會出現(xiàn)明顯的增大，這就表示有勵磁電流的磁極會有非常大的不平衡磁拉力，進(jìn)而加勵磁電流使其機(jī)端電壓逐漸升至額定電壓，機(jī)組的下導(dǎo)擺度增大到0.95mm，上機(jī)架振動增大1倍（0.13 mm）。其機(jī)組存在這種現(xiàn)象的主要原因可能是：其一、氣隙不均勻，磁極出現(xiàn)大范圍的偏心（如圖一）。其二、磁極小部分線圈匝間短路，導(dǎo)致出現(xiàn)阻抗值不平衡的現(xiàn)。在機(jī)組的大修中進(jìn)行一次直流電阻的測量和兩次交流阻抗的測量，通過檢測并沒有發(fā)現(xiàn)機(jī)組中存在電氣磁極問題，因而可進(jìn)一步排除電氣磁極線圈的原因。

通過多次的測量轉(zhuǎn)子磁極圓度，可以發(fā)現(xiàn)其轉(zhuǎn)子圓度最大值為0.69 mm，最小值為0.53mm，發(fā)電機(jī)空氣間隙小于±3%×23 mm，能達(dá)到國家所規(guī)定的水電發(fā)電機(jī)空氣間隙值（±5%）的標(biāo)準(zhǔn)。由此我們可以發(fā)現(xiàn)此轉(zhuǎn)子不圓度并沒有造成不平衡磁拉力。根據(jù)圓度的偏差來分析，負(fù)偏差和正偏差相對集中在一側(cè)，雖然相關(guān)制造廠的圖紙和國家標(biāo)準(zhǔn)并沒有明確規(guī)定和具體要求，但不可否認(rèn)的是其機(jī)組大幅度的振動就是在加勵磁后所產(chǎn)生的。因此，只能用特殊的方式來處理3號機(jī)組轉(zhuǎn)系磁極圓度問題。

機(jī)組軸線、中線、水平、間隙、受力等多種因素的影響

機(jī)組所產(chǎn)生的振動和擺動，與機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的軸線質(zhì)量優(yōu)劣有著最直接的關(guān)系。機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的軸線問題主要表現(xiàn)在以下三點(diǎn)：第一、軸線與鏡板是否垂直。第二、旋轉(zhuǎn)中心是否同軸線重合。第三、導(dǎo)軸領(lǐng)是否同一直軸線。機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行與鏡版的不水平值有著直接聯(lián)系，工作人員在進(jìn)行大修的時候，發(fā)現(xiàn)機(jī)組鏡板自由狀態(tài)下的水平值不低于0.1mm/m，機(jī)組傾斜通常是因?yàn)殓R版不水平，為了讓機(jī)組中心達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，在安裝過程當(dāng)中往往是會強(qiáng)行的將推力鏡版擺成水平。導(dǎo)致推力軸承憋勁及上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承受力，經(jīng)過長時間的運(yùn)行，必定會損壞有關(guān)的軸承。

導(dǎo)軸承質(zhì)量問題

造成其下導(dǎo)擺度與上機(jī)架振動增大主要原因，并非是下導(dǎo)軸承所引起的。出現(xiàn)下導(dǎo)軸承松動和導(dǎo)瓦間隙增大，是因?yàn)槠滢D(zhuǎn)動部分所產(chǎn)生的不平衡力所致，同時下導(dǎo)擺度受導(dǎo)瓦間隙增大而增大，逐漸形成惡性循環(huán)。使其下導(dǎo)瓦最終起不了支撐作用。大修時發(fā)現(xiàn)，鉻鋼柱已將下導(dǎo)瓦背面凹形墊塊沖壞。通過機(jī)組盤車測量軸線可以看出上導(dǎo)軸承圓度欠佳，成橢圓形，直徑大小差達(dá)0.08mm。機(jī)組不穩(wěn)定運(yùn)行主要是受上導(dǎo)軸承圓度差的影響。

水輪機(jī)大軸法蘭與上端軸法蘭結(jié)合不緊

從上端軸開始到水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，宏觀上整個軸線應(yīng)為剛性軸，但微觀上具有一定的柔度。通過大修發(fā)現(xiàn)水輪機(jī)大軸法蘭及上端軸法蘭聯(lián)接螺栓不緊，整根軸線的柔性增大了。當(dāng)下導(dǎo)軸承應(yīng)有的支撐失去后，在外力作用下出現(xiàn)下導(dǎo)軸頸處擺度幅度過大。若整軸的剛性較好，就不會出現(xiàn)下導(dǎo)擺度過于偏大。

機(jī)組振動與擺度大的處理方法

（一）機(jī)組軸線處理

影響整個機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行的好壞，取決于機(jī)組軸線的質(zhì)量好壞。所以我們在處理過程中要十分的謹(jǐn)慎。經(jīng)過全面盤車檢查，掌握基本原始資料后，方可進(jìn)行拆卸處理。結(jié)合大修所掌握的情況和原始盤車的計算結(jié)果可以看出：機(jī)組軸線的偏差原本就存在，原上端軸與法蘭面相聯(lián)結(jié)，并添加一條厚度不超過0.03mm的薄墊片。此外，尺寸偏差較大的還有上端軸止口，其圖紙是0.03mm-0.07mm的設(shè)計要求，但實(shí)際存在約0.16mm的配合間隙，嚴(yán)重影響上端軸回裝的定位。

對盤車軸線測量主要是在中心調(diào)整、水平、受力調(diào)整合格后進(jìn)行的。通過對盤車的計算，以發(fā)現(xiàn)所測量上端軸回裝定位是否有誤差，偏差值可根據(jù)對盤車計算，并調(diào)整上端軸定位，確保偏差不超過0.04mm，使其三導(dǎo)同軸的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。盤車相關(guān)指標(biāo)也滿足GB8564-2003國家標(biāo)準(zhǔn)。此外，上導(dǎo)軸領(lǐng)圓度較差可以通過盤車計算分析得出。為此，再次盤車又將百分表安裝在各導(dǎo)軸承4個對稱方向，進(jìn)而準(zhǔn)確的測出上導(dǎo)軸領(lǐng)圓度約0. 08 mm的直徑差，這給機(jī)組正常運(yùn)行留下隱患。

（二）綜合處理機(jī)組受力、水平、中心及間隙

涉及原始機(jī)組受力和水平等問題，安裝單位在做資料移交時描述是：“當(dāng)調(diào)整過程中，鏡板水平與受力相沖突，多次進(jìn)行均無法滿足其要求……”在檢修過程中發(fā)現(xiàn)原有鏡板在自由狀態(tài)的水平值大于0.1mm/m。

正確解決問題的方法是：在對彈性油箱進(jìn)行壓縮值做精確調(diào)整前，必須先將鏡板水平做粗略調(diào)整。當(dāng)鏡板處于自由受力狀態(tài)時，控制彈性油箱壓縮差值不超出0.20mm。通過對鏡板水平再次測量，立體投影換算應(yīng)當(dāng)參考其水平值方位和大小，進(jìn)而求得每一推力抗重螺栓的調(diào)整量。由此得出，這樣不僅能調(diào)整好鏡板水平，同時還能讓彈性油箱壓縮值合格得到保障。

此次大修在機(jī)組轉(zhuǎn)動充分且自由的狀態(tài)下進(jìn)行調(diào)整的。中心合格后，再調(diào)整各導(dǎo)瓦間隙時就顯得尤為重要。為了保障導(dǎo)瓦面根據(jù)實(shí)際圓度面做均勻分布，及三導(dǎo)軸承同心，可設(shè)定水導(dǎo)瓦各單邊間隙為0.21mm，下導(dǎo)瓦各單邊間隙為0.15mm。其上導(dǎo)間隙主要是從軸線偏差值和軸領(lǐng)圓度值進(jìn)行綜合考慮的。

（三）處理轉(zhuǎn)子靜不平衡力

通過機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)來檢查和處理轉(zhuǎn)子靜、動不平衡力，也就是試驗(yàn)配重問題。

軸線和轉(zhuǎn)子重心是否存在較大偏差及靜不平衡，可通過大修檢查手段進(jìn)行分析。當(dāng)在轉(zhuǎn)子重量與轉(zhuǎn)子中心相對分布均勻的前提下，轉(zhuǎn)子中心與軸線的重合得到了保障，同時也就保證了轉(zhuǎn)子的軸線與重心重合，使其靜平衡得到有效的保障。

針對該機(jī)組，傳統(tǒng)的軸線處理方式，并不能有效的解決軸線和轉(zhuǎn)子中心無法重合的問題，其主要是根據(jù)上下法蘭止口中心與平行來決定轉(zhuǎn)子軸線的，由于轉(zhuǎn)子上法蘭止口的基準(zhǔn)已被損壞，轉(zhuǎn)子中心也不能由上止口中心所代表。因此，由下端軸軸線決定了上端軸位置。

如軸線與轉(zhuǎn)子中心偏差沒有超過允許范圍，就不用調(diào)整磁軛中心及重新打磁軛鍵。由轉(zhuǎn)子測圓情況和機(jī)組變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)判斷，3號機(jī)轉(zhuǎn)子靜不平衡力較小。只能在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)后處理動不平衡的問題，無需從軸線與轉(zhuǎn)子重心的重合問題上再做考慮。

（四）下導(dǎo)軸承綜合處理

結(jié)合機(jī)組中心、水平、受力調(diào)整及軸線擺度的情況，合理調(diào)整好下導(dǎo)間隙，檢查下導(dǎo)軸承，支承座必須牢固，支柱螺栓背帽必須打緊。3號機(jī)組下導(dǎo)瓦面小、承擔(dān)力小、瓦數(shù)量少，建議改為與上導(dǎo)相同的結(jié)構(gòu)方式。

（五）各段軸法蘭聯(lián)接螺栓均勻擰緊

根據(jù)螺栓有效長度和聯(lián)接螺栓額定應(yīng)力，很容易計算出聯(lián)接螺栓額定伸長值。利用液壓擰緊工具，能較好地控制每個螺栓的擰緊力，并做到每個聯(lián)接螺栓均勻擰緊。

結(jié)語：

由此可見，如果水電站機(jī)組異常振動，不僅會損壞設(shè)備，造成人員傷亡，還會嚴(yán)重阻礙電力企業(yè)可持續(xù)的健康發(fā)展，所以，深入研究水電站機(jī)組水電站機(jī)組振動和擺度的異常具有至關(guān)重要的意義。

參看文獻(xiàn)；

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