楊應(yīng)武(阿壩水電開發(fā)有限公司,四川成都610041)
?
懸吊式發(fā)電機組下導(dǎo)擺度增大原因分析
楊應(yīng)武
(阿壩水電開發(fā)有限公司,四川成都610041)
摘要:懸吊式發(fā)電機組推力軸承與主軸采用間隙裝配,使整個轉(zhuǎn)動部分懸吊,有利于機組自垂直以及軸線的調(diào)整,因而得到廣泛應(yīng)用。本文對某電站懸吊式發(fā)電機組下導(dǎo)擺度增大的原因進行了分析和探討,也為同行提供了參考。
關(guān)鍵詞:發(fā)電機組;下導(dǎo)擺度;增大原因
懸吊式發(fā)電機組推力軸承與主軸采用間隙裝配,使整個轉(zhuǎn)動部分懸吊,有利于機組自垂直以及軸線的調(diào)整,因而得到廣泛應(yīng)用。目前這種結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于大中型混流式、軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機組中。但在實際的應(yīng)用過程中,此結(jié)構(gòu)形式的發(fā)電機組下導(dǎo)或上導(dǎo)擺度常出現(xiàn)偏大現(xiàn)象,而且不易找出原因。筆者以某水電站1號懸吊式發(fā)電機組為例,對下導(dǎo)擺度偏大原因進行分析和探討,并提出了排查方法,以供同行借鑒。
2.1主要技術(shù)特性
某電站安裝3×40 MW混流式水輪發(fā)電機組,發(fā)電機為懸吊式。機組軸瓦由上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)以及推力瓦組成。其中,推力瓦為塑料分塊瓦,其余為巴氏合金分塊瓦。
水輪機主要特性參數(shù):
型號:HLA722-LJ-332
額定水頭:58.5 m
最大水頭:76.3 m
最小水頭:55.7 m
額定流量:77.94 m3/s
額定出力:41.24 MW
額定轉(zhuǎn)速:187.5 r/min
發(fā)電機主要特性參數(shù):
型號:SF40-32/6500
額定功率:40 MW
額定電壓:10.5 kV
額定電流:2 587.5 A
飛輪力矩(GD2):≥3 000 t×m2
推力軸承負(fù)荷:4.4 MN
型式:懸式
2.2機組運行情況
1號機組2008年12月并網(wǎng)發(fā)電。2012年5月完成首次A級檢修,A修前共運行20 949 h,備用8 979 h。A修完成后至今共運行18 517 h,備用9 971 h。
3.1機組修前修后以及3臺機組等負(fù)荷下技術(shù)數(shù)據(jù)
(1)機組檢修前后數(shù)據(jù),見表1。
表1 72 h試運行后數(shù)據(jù)
(2)電站3臺機組等負(fù)荷下振動擺度對比(有功40 MW),見表2。
表2 振動、擺度對比
根據(jù)振動擺度及瓦溫修前修后數(shù)據(jù)以及等負(fù)荷下3臺機組振動及擺度數(shù)據(jù)的對比,1號機組在修后下導(dǎo)擺度增大,機組振動略大于其余2臺機組,特別是頂蓋排水管振動,1號機組遠(yuǎn)大于2號機組。水車室及尾水錐管噪音大于其余2臺機組。機組運行1個月后,頂蓋排水管全部開始破裂,有一根甚至斷落。
3.2 1號機組A級檢修主要缺陷處理
(1)頂蓋排水管的更換。機組檢修時發(fā)現(xiàn)六支機組頂蓋排水管不同程度均出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象,其中有4根氣蝕深度已經(jīng)穿透管壁。根據(jù)氣蝕程度,檢修單位將其全部割除,采用不銹鋼無縫鋼管,焊接和處理均在安裝間進行。
(2)轉(zhuǎn)輪泵板的修復(fù)。水輪機轉(zhuǎn)輪拆除后,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片泵焊縫及本體開裂。經(jīng)與廠家協(xié)調(diào),召開專題分析會議,分析其產(chǎn)生原因為:
①焊縫裂紋為疲勞開裂,上冠內(nèi)側(cè)和外側(cè)的剛度不一,變形量不一樣,以及水力振動等因素,造成產(chǎn)生的應(yīng)力從最薄弱的位置即Q235-A與焊縫融合處開裂。
②本體開裂是由于焊縫出現(xiàn)開裂后,由于交變應(yīng)力的作用泵板本體出現(xiàn)開裂。
處理方式:現(xiàn)場修復(fù)方式。
3.3缺陷處理對機組振擺度的影響
(1)頂蓋排水管更換為不銹鋼管,但其管徑與布置方式均未進行變動。變動后其運行方式和狀態(tài)應(yīng)恢復(fù)到原設(shè)計圖紙。因此,頂蓋排水管處理不影響振擺增大;
(2)葉片泵的修復(fù)采用現(xiàn)場修復(fù)方式,即將原焊縫清根后重新補焊,泵板本體開裂的部位進行打磨,將裂紋處拋開進行修復(fù)焊接。焊接完成后對焊縫進行修磨,因此不存在由于焊接原因造成轉(zhuǎn)輪不平衡的現(xiàn)象。
根據(jù)上述分析,機械部分的缺陷處理不存在影響機組振動或擺度增大。
4.1瓦間隙分配
根據(jù)1號機組A修數(shù)據(jù),機組上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)間隙分配分別為:0.24 mm、0.24 mm、0.26 mm。除上導(dǎo)外,間隙調(diào)整均按機組擺度進行分配的。因此,從分配數(shù)據(jù)上分析,下導(dǎo)擺度比修前增大不屬于間隙分配造成的,水車室振動及噪音也應(yīng)與此無關(guān)。
4.2油質(zhì)劣化造成機組擺度變化
機組檢修時,將機組油槽油全部排除并進行了過濾,過濾后經(jīng)專業(yè)檢測單位進行了檢測,油質(zhì)合格后方進行注油。
4.3機組轉(zhuǎn)動部分與固定部分摩擦造成擺度變化
機組檢修完成后對各部件進行了檢測,均符合要求,在機組初次開機時,當(dāng)大軸旋轉(zhuǎn)后進行了全面檢查,無異常情況。如若固定部分與轉(zhuǎn)動部分摩擦,則機組在升速過程中,機組的擺度有明顯的跳變,并且機組水導(dǎo)及上導(dǎo)擺度也會隨之變化。
4.4下機架基礎(chǔ)原因
下機架基礎(chǔ)的位移或是基礎(chǔ)不牢固將會影響下導(dǎo)軸承及水導(dǎo)軸承的擺度,但機組修前擺度滿足要求,說明不存在下機架基礎(chǔ)變化的原因。
4.5機組軸線調(diào)整不滿足要求
機組轉(zhuǎn)動部分的軸線質(zhì)量的好壞,對整個機組擺度及振動有重要的影響。軸線問題主要體現(xiàn)在:
(1)3部導(dǎo)瓦的軸領(lǐng)是否在同一直軸線上;
(2)旋轉(zhuǎn)中心是否與軸線重合;
(3)鏡板與軸線是否垂直。
表3 機組軸線調(diào)整數(shù)據(jù)
根據(jù)A修軸線調(diào)整數(shù)據(jù)(見表3),下導(dǎo)與水導(dǎo)最大相對擺度分別為:0.017 mm/m、0.027 mm/m,均滿足規(guī)程規(guī)范要求。根據(jù)百分表讀數(shù)其擺度曲線如圖1、圖2:
圖1 下導(dǎo)盤車軸線
圖2 水導(dǎo)盤車軸線
由擺度數(shù)值及曲線可知,軸線在規(guī)范范圍內(nèi),但正弦曲線存在不規(guī)整現(xiàn)象。盤車時,大軸垂直度滿足要求,機組處于自由狀態(tài),分析主要原因為鏡板跳動產(chǎn)生的。引起鏡板跳動主要有以下3個原因:
(1)鏡板水平不符合要求;
(2)鏡板受力不均勻;
(3)鏡板自身剛度不夠。
由于機組在修前運行工況一直較好,而檢修過程中大軸垂直且鏡板水平滿足要求,據(jù)此,鏡板受力不均勻可能性比較大。由于機組轉(zhuǎn)動部分重量為140 t,而推力軸承采用塑料瓦,當(dāng)推力軸承受力不均勻時,塑料瓦會及時調(diào)整受力平衡,因此,僅憑借推力瓦瓦溫來驗證鏡板受力是不準(zhǔn)確的。
4.6機組水力因素造成擺度變化
機組在運行過程中,旋轉(zhuǎn)部分的重量以及轉(zhuǎn)輪軸向水推力經(jīng)鏡板傳遞給上機架,徑向水推力及機組旋轉(zhuǎn)離心力經(jīng)導(dǎo)軸承分別傳遞給各導(dǎo)軸承瓦架。因此當(dāng)機組承受的水推力不平衡時,機組將會出現(xiàn)振動和擺度增大的現(xiàn)象。
(1)軸向水推力。此機組水輪機型號為HLA722C0 LJ-331,水輪機減壓裝置分別采用引水板(泵板)及頂蓋排水均壓泄水方式減壓。因此當(dāng)泵引水板被破壞時,則全部依靠頂蓋排水管進行泄壓。當(dāng)機組頂蓋排水管堵塞,機組引水板(泵板)向外引水能力降低,此時機組所承受軸向均壓將發(fā)生變化,機組鏡板及上機架所承受的軸向力將會增加且不均勻,此時機架擾動增大,鏡板跳動增加。同時,機組擺度、振動將會增大,嚴(yán)重時會出現(xiàn)尖叫聲。
1號機組在A修時,頂蓋均壓管由于氣蝕嚴(yán)重進行了更換處理,在運行1個月后出現(xiàn)排水管斷裂顯現(xiàn),漏水嚴(yán)重。為了保證機組安全運行,采取以下方案進行了整改。項蓋排水管改造見圖3。
圖3 項蓋排水管改造示意圖
由于采取了減震措施,頂蓋排水管運行狀況得到緩解,但在上游側(cè)2、3號排水管在運行2個月后仍出現(xiàn)焊縫開裂現(xiàn)象,其余管路未出現(xiàn)狀況。根據(jù)理論分析及相似機組管路布置方式的對比,技改方案是可行的,其焊縫開裂漏水的管路,從前面數(shù)據(jù)可以判定,其排水管振動明顯大于2號機組,因此由于水力因素產(chǎn)生的后果的可能性很大。2號機組頂蓋排水管振動、噪音最小,但主軸密封漏水量最大,分析認(rèn)為:2號機組頂蓋排水環(huán)管已經(jīng)堵塞,或部分堵塞,1號機組頂蓋排水管個別堵塞,造成嚴(yán)重水力不平衡現(xiàn)象。
(2)當(dāng)機組中心未滿足要求時,轉(zhuǎn)輪在止漏環(huán)處間隙不均勻,此時轉(zhuǎn)輪徑向所受水推力將出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象。此時,機組同樣會出現(xiàn)擺度、振動增大,機組噪音增大的現(xiàn)象。
4.7電氣原因
造成機組振動及擺度大的原因主要為磁拉力不平衡造成:一是個別磁極線圈匝間短路使阻抗值不平衡;二是氣隙不均勻,有大范圍的磁極偏心。
4.8機組聯(lián)軸螺栓伸長值不滿足要求
從上端(發(fā)機軸)軸開始到水輪機轉(zhuǎn)輪,整個軸線宏觀上應(yīng)為剛性軸,但微觀上有一定的柔度。如果檢修時水發(fā)聯(lián)軸螺栓、水輪機大軸法蘭聯(lián)接螺栓伸長值偏小,增大了整根軸線的柔性。在下導(dǎo)軸承失去應(yīng)有的支撐后,下導(dǎo)軸頸處在外力作用下出現(xiàn)較大的擺度,同時造成機組振動和噪音的增加。
從上述情況分析,產(chǎn)生機組振動、噪音、擺度增大的原因很多,但排除明顯因素后,主要原因可能為:機組軸線調(diào)整、電氣原因、水力不平衡、機組聯(lián)軸螺栓伸長值偏小。由于機組的振動會對機組產(chǎn)生較大損傷,長期運行甚至可能造成重要部件損害,產(chǎn)生較為嚴(yán)重的后果,為了確保機組安全運行,排除產(chǎn)生的原因更為重要,可采取的措施如下:
(1)頂機組轉(zhuǎn)子,測量上機架上拱度。
(2)機組在備用、空轉(zhuǎn)、空載、25 %負(fù)荷、50 %負(fù)荷、75 %負(fù)荷、100 %負(fù)荷下:上機架擾動、機組擺度、振動、噪音等數(shù)據(jù)測量,并與其余機組進行對比。
(3)將已有裂縫的頂蓋排水管采取水管補漏器進行臨時補漏。
(4)適當(dāng)時候安排小修,將頂蓋排水管在空載情況下引致排水溝,測量機組前后振動及噪音變化。同時采用灌水方式進行排查頂蓋排水管是否被堵。
(5)測量止漏環(huán)間隙及空氣間隙,推算機組是否在中心位置,確定上下是否同心。
(6)上述措施實施后仍不能分析出原因,則在適當(dāng)時候安排對機組軸線進行重新檢驗。
參考文獻:
[1]盧可正,汪俊.立式水輪發(fā)電機組振擺研究[J].四川水力發(fā)電,2009,28(Z).
作者簡介:楊應(yīng)武(1980-),男,工程師,從事水電站機械設(shè)備技術(shù)管理工作。
收稿日期:2015-08-31
DOI:10.13599/j.cnki.11-5130.2016.03.015
中圖分類號:TV737
文獻標(biāo)識碼:B
文章編號:1672-5387(2016)03-0051-04