水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大的原因分析

瞿吉國*

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水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大的原因分析

瞿吉國*

（中電投蘭州新區(qū)熱電分公司，甘肅蘭州，730050）

水輪發(fā)電機(jī)主要是指以水輪機(jī)為原動機(jī)將水能轉(zhuǎn)化為電能的一種發(fā)電機(jī)，當(dāng)水流經(jīng)過水輪機(jī)時，水能即可轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸帶動著發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行輸出，水輪發(fā)電機(jī)助于水電站生產(chǎn)電能最主要的一種動力設(shè)備。在水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行的過程中，水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度屬于判斷水輪機(jī)工況的重要參數(shù)之一，水輪發(fā)電機(jī)軸線的擺度會出現(xiàn)異常增大的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象的出現(xiàn)嚴(yán)重影響水輪發(fā)電機(jī)的正常運(yùn)行及工作效率，為了分析水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大的相關(guān)原因及解決對策，筆者針對水輪發(fā)電機(jī)的相關(guān)方面進(jìn)行了分析。

水輪發(fā)電機(jī)；軸線擺渡增大；原因；對策

引言

水輪發(fā)電機(jī)主要是由水輪機(jī)進(jìn)行驅(qū)動的，轉(zhuǎn)子較為短粗，機(jī)組的啟動及并網(wǎng)需要的時間不長，具有較為靈活的運(yùn)行調(diào)度，適合作為調(diào)峰機(jī)組及事故備用機(jī)組，水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速決定著發(fā)出的交流電的頻率，將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定才能保證交流電的頻率，一般采用閉環(huán)控制的方式對水輪機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制[1]，對即將發(fā)出的交流電的頻率信號進(jìn)行采樣，將其反饋到控制水輪機(jī)導(dǎo)葉開合角度的控制系統(tǒng)中去，控制水輪機(jī)的輸出功率，通過這種反饋控制原理來穩(wěn)定發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。針對水輪機(jī)出現(xiàn)的擺度增大的現(xiàn)象，隨著電力體制改革的發(fā)展及進(jìn)步，水電站機(jī)電設(shè)備檢修工作實(shí)行的狀態(tài)檢修已經(jīng)成為必然，水電機(jī)組的擺度作為判斷水輪機(jī)工況的重要參數(shù)，對擺度進(jìn)行監(jiān)測也已經(jīng)成為重要話題。本文主要先對軸線擺度對水輪發(fā)電機(jī)危害及擺度增大的原因進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

1 水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大的危害

水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度在旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)作過程中屬于不可避免的現(xiàn)象，在水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行的過程中若能將軸線擺度控制在正常的范圍內(nèi)能保證水輪機(jī)的正常運(yùn)行，但水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度一旦超出正常范圍、出現(xiàn)異常增大現(xiàn)象將會造成嚴(yán)重后果，主要表現(xiàn)為：a.水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大將會導(dǎo)致水輪機(jī)的零部件或焊縫部位出現(xiàn)疲勞，導(dǎo)致裂縫擴(kuò)大的現(xiàn)象或零部件斷裂的現(xiàn)象出現(xiàn)[2]；b.水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大會讓水輪發(fā)電機(jī)的機(jī)組連接部位出現(xiàn)不同程度的松動現(xiàn)象，讓各轉(zhuǎn)動部件及靜止部件之間產(chǎn)生較大的摩擦力，甚至出現(xiàn)掃膛損壞的現(xiàn)象；c.水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大會引起尾水管出現(xiàn)低頻壓力脈動現(xiàn)象，導(dǎo)致尾水管壁出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，當(dāng)發(fā)電機(jī)、電力系統(tǒng)與其頻率的自振頻率相接近時，會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，引起機(jī)組出力大幅度波動現(xiàn)象，最終導(dǎo)致機(jī)組從電力系統(tǒng)中解列，危及廠房及水工建筑物的后果。

2 水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度的原因及擺度增大的原因

2.1 水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度的原因

水輪發(fā)電機(jī)軸系產(chǎn)生擺度的原因較多，主要是由于軸線與鏡板摩擦面不垂直、軸線與旋轉(zhuǎn)中心線發(fā)生中心偏移導(dǎo)致的擺度現(xiàn)象，若鏡板摩擦面與整個軸線出現(xiàn)不垂直的現(xiàn)象，當(dāng)軸線回轉(zhuǎn)時軸線一定會偏離理論回轉(zhuǎn)中心線；若鏡板摩擦面與其附近的一段軸時垂直，與下一段軸連接時，由于法蘭面與軸線的不垂直而出現(xiàn)軸線曲折的現(xiàn)象，當(dāng)軸線旋轉(zhuǎn)時，便從折彎處形成錐形擺度圓，從而產(chǎn)生擺度；若整體軸線與鏡板摩擦面追至，而整體軸線偏離理論旋轉(zhuǎn)中心線，當(dāng)軸線旋轉(zhuǎn)時，依然會形成擺度圓[3]；在進(jìn)行軸線調(diào)整時應(yīng)考慮對軸線進(jìn)行整體位移，對軸線擺度進(jìn)行校正，對于軸線微量折彎的現(xiàn)象產(chǎn)生的擺度偏離，在軸線連軸結(jié)構(gòu)允許的情況下可以利用這種方式校正軸線擺度。

2.2 水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大的原因

水輪發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動主要是由于轉(zhuǎn)動部分不平衡力導(dǎo)致的，主要是由于機(jī)組轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量不均衡引起的慣性力、摩擦力及其它作用力導(dǎo)致的振動現(xiàn)象，由于流道內(nèi)動水壓力變化引起的振動現(xiàn)象，由于發(fā)電機(jī)電氣部分電磁力引起的振動現(xiàn)象等，這些是導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大的主要原因。

2.2.1 機(jī)械原因?qū)е碌臄[度增大

（1）機(jī)械因素-設(shè)計及加工中的原因

在對水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行設(shè)計的過程中機(jī)組整體支撐結(jié)構(gòu)剛度較小，制造加工過程中的主軸加工精度、整體轉(zhuǎn)動部分動平衡校核失準(zhǔn)等，這些問題的出現(xiàn)會直接導(dǎo)致機(jī)組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)擺度增大的現(xiàn)象。

（2）機(jī)械原因-安裝及運(yùn)行中的原因

在對水輪發(fā)電機(jī)進(jìn)行安裝檢修的過程中，發(fā)電機(jī)軸與水輪機(jī)軸的聯(lián)接質(zhì)量、各部分導(dǎo)軸承間隙與安裝質(zhì)量、軸線的對中質(zhì)量等均屬于影響水輪發(fā)電機(jī)擺度增大的主要原因；在安裝及檢修的過程中，由于推力頭中心線與大軸中心線重合，絕緣墊厚薄程度不一，導(dǎo)致軸線墊歪的現(xiàn)象，最終導(dǎo)致擺度增大現(xiàn)象；由于絕緣墊厚薄相等，推力頭中心線與軸心線屬于傾斜的，新機(jī)組安裝時導(dǎo)致套歪的原因是由于軸與孔加工時殘留的橢圓度、平面等對中線的非垂直度等因素導(dǎo)致的，原先使用的老機(jī)組推力頭由于多次檢修時的套入及撥出等導(dǎo)致磨損及拉毛的現(xiàn)象，在套歪后極易導(dǎo)致擺動現(xiàn)象[4]。

（3）機(jī)械原因-軸線的原因

水輪發(fā)電機(jī)軸線主要通過調(diào)節(jié)推力瓦及鏡板之間的絕緣墊調(diào)整軸承的擺度，機(jī)組從穩(wěn)定的、安全的運(yùn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)閿[度增大的現(xiàn)象可能是由于絕緣墊墊的不平穩(wěn)的現(xiàn)象，長期運(yùn)行導(dǎo)致高點(diǎn)形變引起軸線不正，導(dǎo)致擺度增大的現(xiàn)象。

（4）機(jī)械因素-動不平衡力的原因

由于水力作用較大，動不平衡力加劇，導(dǎo)致擺度增大的現(xiàn)象，導(dǎo)致這種現(xiàn)象主要是由于旋轉(zhuǎn)體不平衡或軸承間隙過大的現(xiàn)象導(dǎo)致的，推力頭與主軸之間可能存在超標(biāo)間隙或者卡環(huán)不合格的現(xiàn)象，導(dǎo)致運(yùn)行中的推力頭擺動，旋轉(zhuǎn)體隨之?dāng)[動，導(dǎo)致擺度增大的現(xiàn)象。推力頭套入時，在進(jìn)行推力頭套入的過程中由于熱裝切向鍵，導(dǎo)致推力頭冷卻收縮出現(xiàn)不均勻的現(xiàn)象，推力頭內(nèi)徑變大，導(dǎo)致主軸與下端面出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象，推力頭內(nèi)孔下配合面發(fā)現(xiàn)存在生銹的現(xiàn)象，推力頭與主軸配合間隙達(dá)到0.1毫米，且分布在整個圓周之上，由于推力頭受到不穩(wěn)定力的作用，導(dǎo)致間隙增大，擺度增大。

2.2.2 電磁原因?qū)е碌臄[度增大

導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度出現(xiàn)增大的主要電磁原因?yàn)椋弘姶畔嘁姴黄胶狻⒋艠O松動、空氣間隙分布不均等導(dǎo)致的，一般這種情況下檢測發(fā)現(xiàn)勵磁機(jī)空氣間隙嚴(yán)重超聲正常水平的標(biāo)準(zhǔn)。因此，勵磁機(jī)空氣間隙分布不均是導(dǎo)致軸線擺度增大的原因。

2.2.3 由于動態(tài)運(yùn)行軸線不穩(wěn)定導(dǎo)致的軸線擺度增大

由于機(jī)組動態(tài)運(yùn)行軸線的不穩(wěn)定性引起機(jī)組各部位出現(xiàn)振動及擺度增大的現(xiàn)象，機(jī)組上下導(dǎo)的擺度出現(xiàn)大小不穩(wěn)定的現(xiàn)象，同一工況下的上機(jī)架振動隨著擺度的變化而出現(xiàn)不穩(wěn)定的變化，主要是由于機(jī)組動態(tài)運(yùn)行軸線不穩(wěn)定的現(xiàn)象導(dǎo)致的。在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)出現(xiàn)加勵磁、開機(jī)、停機(jī)及甩負(fù)荷時、水輪機(jī)渦帶對機(jī)組各部位影響較為顯著時，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子受到不穩(wěn)定的徑向力作用，導(dǎo)致大軸旋轉(zhuǎn)中心方向出現(xiàn)變化，一旦機(jī)組軸線處于最佳狀態(tài)時各導(dǎo)軸承擺度、發(fā)電機(jī)空氣的間隙及水輪機(jī)換間隙均將處于最完美的位置；降低了機(jī)組各導(dǎo)軸承擺度，電磁力導(dǎo)致的機(jī)組上機(jī)架的振動幅度降低，相反則會增加機(jī)組部位的振動及擺度。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)軸線處于非最佳的狀態(tài)時上導(dǎo)擺度增大，電氣不平衡力隨之增大，導(dǎo)致上導(dǎo)軸承瓦受力增加，而導(dǎo)軸承能夠承受的力是有限的，在經(jīng)常性受到徑向力時上導(dǎo)軸承瓦間隙會出現(xiàn)不同程度的增大，此時相應(yīng)的上導(dǎo)擺度也會出現(xiàn)增大，上導(dǎo)瓦運(yùn)行狀況將日漸惡化。

2.2.4 水力原因?qū)е碌臄[度增大因素

水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)輪承受著水流巨大的動能，當(dāng)水力出現(xiàn)不平衡狀態(tài)時，流入轉(zhuǎn)輪的水流失去軸對稱，導(dǎo)致水力不平衡的橫向力出現(xiàn)，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪振動及擺度，主要是由于過流通道部隊稱導(dǎo)致的，或者由于存在氣蝕現(xiàn)象引起的振動及擺度有上游水位較低，下游尾水管空腔氣蝕或尾水管淹沒深度不夠，而真空沖擊較大，極易導(dǎo)致機(jī)組的損傷現(xiàn)象，伴隨著強(qiáng)烈的金屬打擊聲、雷鳴聲等噪音，產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動現(xiàn)象導(dǎo)致機(jī)組的運(yùn)行出現(xiàn)異常[5]。

3 水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大的處理措施

3.1 相應(yīng)的檢查及維護(hù)

首先應(yīng)進(jìn)行外觀上的檢查，在安裝的過程中檢查外觀的基礎(chǔ)板、連接螺栓、地腳螺栓等焊接完成，觀察組合面合縫是否正常，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況立即進(jìn)行處理及解決。電子平衡檢查，主要包括檢查轉(zhuǎn)子與發(fā)電機(jī)空氣之間的間隙及定子與發(fā)電機(jī)空氣之間的間隙，通過對定子線棒外觀的檢查，將定子部分線棒短路引起的磁拉力不平衡導(dǎo)致機(jī)組擺度增大。

3.2 對水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大現(xiàn)象進(jìn)行處理

針對大軸垂直度、水輪機(jī)、發(fā)電機(jī)同心度、鏡板與大軸垂直度等進(jìn)行檢測，通過分析盤車的數(shù)據(jù)，利用刮墊的方式對上導(dǎo)進(jìn)行處理，控制墊子的厚度。水輪發(fā)電機(jī)的擺度發(fā)生屬于一個由量變至質(zhì)變的過程，在運(yùn)行過程中機(jī)組更為顯著，因此，平時應(yīng)做好機(jī)組運(yùn)行及維護(hù)工作，應(yīng)熟悉機(jī)組的工作運(yùn)行狀態(tài)及實(shí)際的原理，對機(jī)組的特性進(jìn)行掌握，加強(qiáng)日常維護(hù)，將事故及故障的隱患控制在萌芽狀態(tài)。

4 結(jié)束語

近年來的水電機(jī)組機(jī)械振動及擺度測量一直處于指針式的百分表測量的水平，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對水電機(jī)組產(chǎn)生的擺度測量進(jìn)行計算機(jī)實(shí)時監(jiān)測及分析的條件日漸成熟，水電發(fā)電機(jī)組的振動及擺度是機(jī)械、電氣及流體的耦合振動，將這種水輪發(fā)電機(jī)的軸線擺度增大的現(xiàn)象控制在正常水平，一旦出現(xiàn)擺度增大的現(xiàn)象應(yīng)立即采用相應(yīng)的檢查方式針對擺度增大的現(xiàn)象進(jìn)行檢查后，確定導(dǎo)致軸線擺度增大的原因，實(shí)施針對性的處理促使進(jìn)行解決，將水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度控制在正常水平，保證水輪發(fā)電機(jī)的正常及安全運(yùn)行。

[1] 高宗華, 李好山, 孫起東, 等. 水輪發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)擺度增大處理[J]. 中國新通信, 2015, 12(15): 126-126.

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Analysis on the Cause of Increasing Axial Pendulum of Hydrogenerator

QU Jianguo*

(China Power Investment Lanzhou New Area Thermal Power Branch, Gansu Lanzhou, 730050, China)

Hydroelectric generator mainly refers to a generator that converts water energy into electric energy with turbine as prime mover. When water flows through turbine, water can be converted into mechanical energy. The turbine shaft drives the rotor of generator , The mechanical energy into electrical energy for output, hydropower generators to help the production of electric power is the most important power equipment. During the operation of the hydro-generator, the axial swing of the hydro-generator is one of the important parameters to judge the turbine condition. The swing of the hydro-generator axis will increase abnormally. This phenomenon is serious Which is related to the normal operation and working efficiency of the hydro-generator. In order to analyze the relevant reasons and solve the countermeasure of the increase of the axial swing of the hydro-generator, the author analyzes the relevant aspects of the hydro-generator.

hydro-generator; axis ferry increase; cause; countermeasures

瞿吉國. 水輪發(fā)電機(jī)軸線擺度增大的原因分析[J]. 數(shù)碼設(shè)計, 2017, 6(5): 38-39.

QU Jianguo. Analysis on the Cause of Increasing Axial Pendulum of Hydrogenerator[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 38-39.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.015

TV738

A

1672-9129(2017)05-0038-02

2017-02-01；

2017-02-26。

瞿吉國（1965.09），男，甘肅永靖，工程師，本科，研究方向：水輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。E-mail: 2209282216@qq.com