王魯軍

（湖南云箭集團(tuán)有限公司，湖南 長沙401000）

1 概述

新疆某水電站為引水式電站，位于新疆大吉爾尕朗河中下游，是該流域水電梯級規(guī)劃的第三級，引水渠起點(diǎn)接上游電站尾水。該電站設(shè)計水頭133.68m，設(shè)計發(fā)電流量63.37m3/s,總裝機(jī)容量72MW。裝設(shè)2臺單機(jī)容量28MW和1臺單機(jī)容量16MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組。

該水電站1號機(jī)組的水輪機(jī)型號為HLJF1803-LJ-155，水輪發(fā)電機(jī)型號為SF16-12/3100，立軸懸式，額定容量為16MW，額定轉(zhuǎn)速為500r/min。1號機(jī)組試運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)運(yùn)行異常，機(jī)組擺度偏大，機(jī)架水平振動超標(biāo)。

2 異常情況及危害

1號機(jī)組在試運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動值偏大，站在上機(jī)架上導(dǎo)軸承座處能感到晃動，振動、擺度的相關(guān)實(shí)測數(shù)據(jù)如表1。

表1 試運(yùn)行期間測量數(shù)據(jù) 單位：mm

根據(jù)GB/T7894-2009《水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件》規(guī)定：立式水輪發(fā)電機(jī)組帶軸承支架的水平振動允許值為0.05mm（額定轉(zhuǎn)速位于375～750r/min之間）；根據(jù)GB/T8564-2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》規(guī)定：機(jī)組軸線絕對擺度允許值為軸承間隙的75%。從表1可以看出，機(jī)組上導(dǎo)軸承水平振動偏大、大軸擺度偏大，垂直振動滿足要求；下導(dǎo)軸承水平振動略微偏大，大軸擺度偏大，垂直振動滿足要求；水導(dǎo)軸承處的軸承支架水平振動、垂直振動、大軸擺度均滿足要求。

水輪發(fā)電機(jī)組的振動問題嚴(yán)重威脅著機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，影響著設(shè)備的使用壽命和電網(wǎng)的穩(wěn)定性運(yùn)行。振動超標(biāo)容易造成連接部件松動，引起零部件或焊縫疲勞，甚至引起大軸的彎曲變形，引起轉(zhuǎn)動件與靜止件之間的摩擦，因此，必須將機(jī)組振動、擺度值控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

3 原因分析及處理

引起機(jī)組振動的原因有多方面的，主要是從機(jī)械不平衡、電氣不平衡、水力不平衡3方面進(jìn)行分析，例如：轉(zhuǎn)子的安裝工藝、轉(zhuǎn)子圓度、空氣氣隙均勻度、導(dǎo)瓦間隙等。根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)機(jī)組的擺度值變化較大，與機(jī)組盤車時的數(shù)據(jù)偏差較大，且機(jī)組是運(yùn)行一段時間后，振動、擺度各項(xiàng)數(shù)據(jù)發(fā)生變化，且導(dǎo)瓦溫度較低，初步判斷1號機(jī)組振動過大的原因是由于導(dǎo)軸承支柱螺栓未鎖緊，造成松動，導(dǎo)致間隙變大引起的，但也不排除發(fā)電機(jī)組偏心、緊固件松動、千斤頂未鎖緊等原因。由于檢查軸承間隙需要拆除部分零部件，故先針對可能原因進(jìn)行了外部檢查，例如間隙的檢查、固件的檢查、千斤頂?shù)臋z查等。

在相關(guān)檢修處理后，機(jī)組的振動、擺度值無明顯變化。故決定對機(jī)組的軸承間隙進(jìn)行檢查。拆除端罩、上導(dǎo)軸承蓋后，通過塞尺檢測，發(fā)現(xiàn)上導(dǎo)軸承間隙增大，雙邊總間隙最大值達(dá)到了0.81mm，此數(shù)值已大大超出了安裝時的上導(dǎo)間隙?，F(xiàn)場安裝人員將軸承拆下，認(rèn)真檢查了支柱螺釘、瓦背、抗重塊等部件，發(fā)現(xiàn)若干抗重塊未突出瓦座，致使支柱螺釘與抗重塊在安裝過程中未接觸，導(dǎo)致后期隨著機(jī)組運(yùn)行，軸瓦的間隙增大；在對下導(dǎo)軸承進(jìn)行檢查的過程中，發(fā)現(xiàn)了同樣的問題。于是我們對機(jī)組導(dǎo)軸承的支撐進(jìn)行了修復(fù)，確保不會再次因?yàn)檫\(yùn)行的原因?qū)е螺S承間隙的過度增大。

軸瓦間隙調(diào)整并鎖緊后，將機(jī)組回裝并運(yùn)行，測得相關(guān)數(shù)據(jù)如表2。

表2 軸瓦調(diào)整后測量數(shù)據(jù) 單位：mm

從表2可以看出，上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)的振動值均有不同幅度的降低，有了一定效果，但是上導(dǎo)水平振動在滿負(fù)荷情況下為0.06mm，仍未達(dá)到規(guī)范規(guī)定的0.05mm的允許值范圍內(nèi)，隨著機(jī)組運(yùn)行時間的增加，導(dǎo)瓦間隙不可避免的會發(fā)生一定的變化，水平振動將會逐漸增大。同時軸瓦間隙調(diào)整后，雖然導(dǎo)瓦溫度有所上升，但仍不超過45℃，且推力瓦的溫度基本無變化，軸瓦溫度均符合規(guī)范的要求，說明軸瓦的間隙調(diào)整是滿足要求的，機(jī)組軸線的擺度也有一定降低，說明機(jī)組的軸線也符合要求。由于機(jī)組試運(yùn)行前振動數(shù)值等均符合國家標(biāo)準(zhǔn)，故未進(jìn)行動平衡試驗(yàn)，考慮到轉(zhuǎn)子動不平衡的可能性也是存在的。因此，與業(yè)主及安裝單位討論協(xié)商后，決定進(jìn)行動平衡試驗(yàn)。

4 動平衡試驗(yàn)

動平衡試驗(yàn)是通過用一試加重塊，臨時固定于轉(zhuǎn)子磁軛的某一位置，并測振動值的大小，從而求出原有不平衡力的大小及方位，然后在它的對稱位置配加重塊，以抵消原有的不平衡力，達(dá)到減小振動的目的。

電站機(jī)組雖然配備有振擺系統(tǒng)，但其未含動平衡試驗(yàn)?zāi)K，由于條件有限，故采用了傳統(tǒng)的“三次試加重平衡法”（見圖1）。采用該平衡法時，首先應(yīng)確定試加重量的大小。試加重量經(jīng)驗(yàn)公式如下：

式中：G-轉(zhuǎn)子總重量（kg）；nN-發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速（r/min）；R0-試加重塊的固定半徑（m）。

式中系數(shù)，對低速發(fā)電機(jī)取下限，高速發(fā)電機(jī)取上限。

根據(jù)公式計算出1號機(jī)組試加重塊的重量為：

P0=25×52450/（500×500×0.72）=7.3kg

圖1 三次試加重平衡法示意圖

試加重量的確定，應(yīng)保證動平衡試驗(yàn)的精度，同時又要避免發(fā)生振動值過大，故決定選擇試重塊重量為6.7kg，即P0為6.7kg。起動機(jī)組3次，依次將同一試加重塊P0放在相同半徑R0處，且相隔120°的ABC等分點(diǎn)處，并在額定轉(zhuǎn)速下分別測出上導(dǎo)的水平振動值。

第一次加試重塊，在機(jī)組額定轉(zhuǎn)速的情況下，測得上導(dǎo)水平振動值為u1=0.05mm，第二次測得u2=0.11mm，第三次測得u3=0.07mm。未加試重塊時的振動值u0=0.06mm。

根據(jù)“五圓作圖法”的計算程序，將以上數(shù)據(jù)輸入，計算出應(yīng)加配重塊重量為11.6kg，角度為u1偏u343°。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，在配重時對配重塊重量進(jìn)行適當(dāng)修正，取9kg，角度不變。將配重塊加裝后，重新啟動機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速，測得相關(guān)數(shù)據(jù)如表3。

表3 動平衡試驗(yàn)后測量數(shù)據(jù) 單位：mm

從表3可以看出，上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)的振動值均有不同幅度的降低，且均符合國家標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求，這次動平衡試驗(yàn)雖然方法較傳統(tǒng)，效率沒有先進(jìn)儀器的高，但從結(jié)果上看，本次試驗(yàn)是比較成功的，取得了非常好的效果。

5 結(jié)語

在電站實(shí)際投運(yùn)中，尤其對于高速機(jī)組，其振動一般不可能是由單一的一個因素所引起的。在分析相關(guān)原因時需結(jié)合實(shí)際運(yùn)行狀況，多方面考慮，才能較好的解決相關(guān)問題。該電站1號機(jī)組通過軸瓦間隙的調(diào)整、動平衡試驗(yàn)，使其振動、擺度達(dá)到了最佳運(yùn)行狀態(tài)，徹底解決了機(jī)組振動、擺度偏大的問題。