沙河抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組上導(dǎo)擺度過大原因分析與處理

吳小放，王青華，朱春鵬

（1.江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333；2.上海安乃基能源科技有限公司，上海 200131）

和170 μm左右，擺度的主頻分量為3倍頻，均達(dá)到300 μm左右，2倍頻均約為65 μm左右。從頻譜分析來看，上導(dǎo)擺度顯示數(shù)值過大的原因主要是因?yàn)?倍頻分量過大所致，其次才是1倍頻，再其次是2倍頻（具體見圖3所示）。

對(duì)3倍頻和2倍頻進(jìn)行深入分析，筆者認(rèn)為3倍頻和2倍頻主要來自于測(cè)量表面。假設(shè)轉(zhuǎn)子在上導(dǎo)處的真實(shí)擺度含有3倍頻和2倍頻分量，而且數(shù)據(jù)如此大，其機(jī)架振動(dòng)一定會(huì)有反應(yīng)。也就是說，擺度產(chǎn)生的力會(huì)通過油膜傳遞給導(dǎo)瓦，然后導(dǎo)瓦再傳遞給機(jī)架，此時(shí)機(jī)架也會(huì)產(chǎn)生非常大的振動(dòng)，而且其振動(dòng)頻譜一定會(huì)含比較大的3倍頻和2倍頻分量。圖4為修前穩(wěn)定性試驗(yàn)的上機(jī)架（X、Y和Z方向）振動(dòng)的時(shí)域和頻域圖，可以看出頻率成分主要由7倍頻（35 Hz）和7倍頻的整倍數(shù)頻以及10倍頻（50 Hz）和10倍頻的整倍數(shù)頻組成，并沒有見到比較大的3倍頻和2倍頻分量。因此，我們認(rèn)為上導(dǎo)擺度信號(hào)成分中的3倍頻和2倍頻并不是真實(shí)的機(jī)組擺度信號(hào)，而是因?yàn)闇y(cè)量表面不圓所致。至于機(jī)架的振動(dòng)頻率成分為什么含有7倍頻和7倍頻的整倍數(shù)頻以及10倍頻和10倍頻的整倍數(shù)頻的振動(dòng)頻率，主要是因?yàn)檗D(zhuǎn)輪的葉片數(shù)引起的水壓脈動(dòng)以及上機(jī)架傳感器安裝位置靠近發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)所致。

圖4 1號(hào)機(jī)組A修前上機(jī)架振動(dòng)圖

為防止測(cè)量錯(cuò)誤，分別更換了上導(dǎo)擺度傳感器和采集通道。更換后采集的上導(dǎo)擺度數(shù)據(jù)與原有數(shù)據(jù)一致，說明數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)無誤。

基于以上原因，我們認(rèn)為因?yàn)闇y(cè)量表面不圓產(chǎn)生的3倍頻和2倍頻的成份使得上導(dǎo)擺度真正數(shù)值失真，而且1倍頻幅值也不能完全相信，有可能其真實(shí)的1倍頻幅值也要小于頻譜分析的200 μm和170 μm分析值。上導(dǎo)擺度真實(shí)幅值應(yīng)該遠(yuǎn)小于500 μm。

3 1號(hào)機(jī)組上導(dǎo)擺度測(cè)量值過大解決方案

根據(jù)以上分析可以得出，發(fā)電機(jī)大軸上部軸套外表面不圓導(dǎo)致了上導(dǎo)擺度測(cè)量值過大的結(jié)論。發(fā)電機(jī)大軸上部的軸套為單獨(dú)加工，然后裝配到發(fā)電機(jī)大軸上部。發(fā)電機(jī)大軸的上部外表面拉傷后，圓度指標(biāo)下降。軸套安裝到發(fā)電機(jī)大軸上部后，軸套外圓的圓度由發(fā)電機(jī)大軸上部的圓度、軸套的內(nèi)圓和外圓加工精度等因素共同決定。軸套安裝后沒有與發(fā)電機(jī)大軸一起再次進(jìn)行外圓加工，故上導(dǎo)測(cè)量面圓度無法保證。軸套安裝后，發(fā)電機(jī)大軸與軸套一起進(jìn)行外圓加工，工程量大，實(shí)施困難。

公司研討決定選擇推力頭第一臺(tái)階側(cè)面作為擺度測(cè)量面。此面同時(shí)也是上導(dǎo)油盆密封蓋的接觸面，此測(cè)量面加工精度高。推力頭固定在發(fā)電機(jī)大軸上，此測(cè)量面的圓度受大軸本身加工精度影響以及裝配精度的影響，總體圓度應(yīng)低于原有上導(dǎo)擺度測(cè)量面。

擺度傳感器安裝在上導(dǎo)油盆密封蓋上，如圖5所示。在密封蓋上打螺紋孔，螺紋孔尺寸配合擺度傳感器尺寸。擺度傳感器測(cè)量推力頭第一臺(tái)階側(cè)面的擺度值。

圖5 推力頭擺度測(cè)量方案

4 1號(hào)機(jī)組上導(dǎo)擺度傳感器選擇與安裝

4.1 上導(dǎo)擺度傳感器的選擇

根據(jù)具體測(cè)量對(duì)象即推力頭第一臺(tái)階側(cè)面材質(zhì)、表面平整度、直徑尺寸、厚度，測(cè)量環(huán)境即上導(dǎo)油盆蓋內(nèi)存在油霧、油污覆蓋傳感器感應(yīng)部分的特點(diǎn)，通過分析選擇采用一體化電渦流位移傳感器作為上導(dǎo)擺度測(cè)量傳感器。

材質(zhì)對(duì)傳感器影響：電渦流位移傳感器特性與被測(cè)物體電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率有關(guān)，推力頭第一臺(tái)階為合金鍛鋼材質(zhì)，屬于弱導(dǎo)磁材料，由于其磁效應(yīng)弱，相對(duì)來看其渦流效應(yīng)要強(qiáng)一些，因此傳感器感應(yīng)靈敏度要高一些。

表面平整度對(duì)傳感器影響：推力頭第一臺(tái)階側(cè)面加工精度高，表面平滑，無凸起、凹槽、刻痕、洞眼等缺陷，滿足位移測(cè)量時(shí)測(cè)量面表面粗糙度在0.4μm~1.6μm之間的要求。

直徑尺寸、厚度對(duì)傳感器影響：被測(cè)量的推力頭第一臺(tái)階為圓軸且探頭中心線與軸心線正交。因?yàn)楸粶y(cè)物體電渦流場(chǎng)作用的深度由頻率、導(dǎo)磁率、導(dǎo)電率決定，被測(cè)物體太薄會(huì)造成電渦流作用不夠，會(huì)影響傳感器測(cè)量結(jié)果，而推力頭第一臺(tái)階其直徑尺寸大小遠(yuǎn)高于探頭直徑（8 mm）3倍以上，不會(huì)造成傳感器靈敏度降低。

測(cè)量環(huán)境對(duì)傳感器影響：如圖5所示，推力頭第一臺(tái)階位于上導(dǎo)油盆密封蓋內(nèi)，其內(nèi)部在機(jī)組運(yùn)行時(shí)推力循環(huán)油會(huì)產(chǎn)生油霧，覆蓋傳感器探頭，選用電渦流傳感器可以有效避免該運(yùn)行環(huán)境造成的影響。

4.2 一體化電渦流位移傳感器IN-081安裝

一體化電渦流位移傳感器IN-081安裝在上導(dǎo)油盆密封蓋上，如圖5所示。在密封蓋上打螺紋孔，螺紋孔尺寸配合擺度傳感器尺寸（見圖6），螺紋孔距離上導(dǎo)油盆蓋上部位置30 mm，探頭伸出長度以測(cè)量得到的傳感器標(biāo)準(zhǔn)基準(zhǔn)電壓為限定位置，確保滿足圖7所示傳感器安裝要求。

圖6 IN-081尺寸圖

安裝傳感器時(shí)首先用螺紋鎖固膠起到密封及緊固作用，其次用螺帽并緊在上導(dǎo)油盆蓋外部端面，確保在機(jī)組振動(dòng)影響下，傳感器本體不會(huì)發(fā)生松脫導(dǎo)致測(cè)量不準(zhǔn)確，甚至于傳感器與推力頭第一臺(tái)階發(fā)生碰觸，損毀傳感器造成上導(dǎo)油盆內(nèi)油質(zhì)污染。

5 1號(hào)機(jī)組A修后上導(dǎo)擺度數(shù)據(jù)分析

1號(hào)機(jī)組A修后并經(jīng)過動(dòng)平衡試驗(yàn)調(diào)整，上導(dǎo)擺度各倍頻數(shù)值顯著下降，如圖8所示。圖中可以看出，上導(dǎo)擺度值顯著下降。機(jī)組穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)上導(dǎo)擺度X方向擺度顯示在117μm附近，Y方向擺度顯示在169μm附近，并且上導(dǎo)擺度X方向、上導(dǎo)擺度Y方向主要頻率均為1倍頻，1號(hào)機(jī)組A修前上導(dǎo)擺度X方向、上導(dǎo)擺度Y方向出現(xiàn)的3倍頻和2倍頻均未出現(xiàn)。上導(dǎo)擺度數(shù)值滿足水輪發(fā)電機(jī)組長期穩(wěn)定運(yùn)行的要求[2]。

圖8 1號(hào)機(jī)組A修后上導(dǎo)擺度

此時(shí)上導(dǎo)擺度測(cè)量面實(shí)際為推力頭第一臺(tái)階側(cè)面，其圓度指標(biāo)雖然與上導(dǎo)軸承原有精加工面相比略差，并且通過頻譜和幅值分析在1號(hào)機(jī)組A修后上導(dǎo)擺度1倍頻有一部分仍然是由測(cè)量推力頭第一臺(tái)階側(cè)面表面精度不高造成的。但相比1號(hào)機(jī)組A修前上導(dǎo)擺度數(shù)值已有大幅降低，已完全能夠反映出上導(dǎo)擺度實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，此次1號(hào)機(jī)組上導(dǎo)擺度測(cè)量值過大解決方案實(shí)施效果良好。

6 結(jié)束語

沙河抽水蓄能電站1號(hào)機(jī)組上導(dǎo)擺度測(cè)量值過大是被測(cè)量面圓度不高所致。通過更換圓度更好的測(cè)量面，解決了上導(dǎo)擺度過大的問題。

機(jī)組擺度測(cè)量面拉傷后，用加軸套的方式更新測(cè)量面的方法不可靠，不能保證測(cè)量面的圓度。這種方法測(cè)量面的圓度不僅由軸套的加工精度決定，還受軸表面破壞后的影響以及組裝精度等諸多因素的影響。

推力頭第一臺(tái)階側(cè)面可以作為上導(dǎo)擺度測(cè)量的備用測(cè)量面。推力頭第一臺(tái)階側(cè)面作為擺度測(cè)量面時(shí)，測(cè)量準(zhǔn)確度不如原有的軸面，會(huì)引起一定的誤差，但相對(duì)重新加工軸套作為測(cè)量面的方法，測(cè)量誤差會(huì)少很多。