朱輝輝，張永剛

（云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，云南 昆明 650051）

0 前言

某水電站首臺(tái)機(jī)組的單機(jī)容量為32.5 MW，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF32.5-12/3900，水輪機(jī)型式為CJA1581-L-185/(4×15.4)，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為500 r/min，機(jī)組的安裝方式為上導(dǎo)軸承支架固定在基坑基礎(chǔ)上的懸式機(jī)組。在機(jī)組首次啟動(dòng)后的空轉(zhuǎn)工況時(shí)推力軸承上機(jī)架水平振動(dòng)為73 μm，已超出規(guī)范DL/T507-2014《水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)試驗(yàn)規(guī)程》和董毓新教授編寫的《水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)》對(duì)于推力軸承上機(jī)架水平振動(dòng)允許值不超過(guò)50 μm的要求[1]。

新機(jī)投產(chǎn)試驗(yàn)往往存在工期緊張的現(xiàn)象，所以現(xiàn)場(chǎng)需要一種能夠在短時(shí)間內(nèi)解決機(jī)組上機(jī)架水平振動(dòng)偏大的問(wèn)題。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)此類問(wèn)題的數(shù)次分析摸索出基礎(chǔ)絕對(duì)相位法，該方法可以一次性有效解決了推力軸承上機(jī)架水平振動(dòng)偏大的問(wèn)題，為電廠的提前發(fā)電能夠爭(zhēng)取到寶貴的時(shí)間。

1 實(shí)踐總結(jié)出基礎(chǔ)絕對(duì)相位法

為分析判斷并消除推力軸承上機(jī)架水平振動(dòng)超標(biāo)的原因，確保機(jī)組的安全運(yùn)行，主要進(jìn)行變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)，所以首先進(jìn)行變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)。試驗(yàn)分別在機(jī)組50%額定轉(zhuǎn)速、100%額定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行機(jī)組振動(dòng)、擺度測(cè)試，針對(duì)振擺數(shù)據(jù)規(guī)律進(jìn)行分析并給出解決推力軸承上機(jī)架水平振動(dòng)超標(biāo)的方法。試驗(yàn)中用5個(gè)振動(dòng)傳感器分別測(cè)量上機(jī)架X向水平/垂直振動(dòng)、下機(jī)架X向水平/垂直振動(dòng)、頂蓋X向水平[2]；同時(shí)用3個(gè)電渦流位移傳感器測(cè)量上導(dǎo)X向擺度、下導(dǎo)X/Y向擺度。機(jī)組手動(dòng)開(kāi)機(jī)后在50%額定轉(zhuǎn)速、100%額定轉(zhuǎn)速時(shí)的上機(jī)架水平振動(dòng)原始數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 故障處理前數(shù)據(jù)對(duì)比

從表一50%額定轉(zhuǎn)速和100%額定轉(zhuǎn)速兩個(gè)工況下的上機(jī)架水平振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出，隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速倍數(shù)增加，上機(jī)架水平振動(dòng)值也呈現(xiàn)出倍數(shù)增加的現(xiàn)象，并且上機(jī)架水平振動(dòng)值增加的趨勢(shì)與機(jī)組轉(zhuǎn)速的平方有明顯的線性關(guān)系，即上機(jī)架水平振動(dòng)值由50%額定轉(zhuǎn)速的14 μm增加到100%額定轉(zhuǎn)速的73 μm，兩個(gè)工況下的上機(jī)架水平振動(dòng)值接近5倍的關(guān)系，與機(jī)組2倍轉(zhuǎn)速的平方基本吻合，且上機(jī)架水平振動(dòng)幅值主要頻率成分為轉(zhuǎn)頻如圖1，基本符合機(jī)組動(dòng)不平衡的特征，表明機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分存在動(dòng)不平衡的問(wèn)題。同時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)其它部位的振動(dòng)、擺度數(shù)據(jù)均在規(guī)程要求范圍以內(nèi)，故其余部位的振擺數(shù)據(jù)不再一一列舉。

圖1 上機(jī)架水平振動(dòng)數(shù)據(jù)FFT頻譜波形

在水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承上機(jī)架水平振動(dòng)超標(biāo)的問(wèn)題分析中，通過(guò)升速試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行FFT分析（見(jiàn)圖1）很容易確定問(wèn)題的原因在于旋轉(zhuǎn)部件的動(dòng)不平衡。而失重角（配重位置）在試驗(yàn)工期緊張的條件下需要固定的方法一次性找準(zhǔn)，給現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)解決帶來(lái)了不小的考驗(yàn)，本次現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)合個(gè)人十余臺(tái)機(jī)組配重過(guò)程的總結(jié)，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)絕對(duì)相位法在實(shí)踐中有良好的應(yīng)用作用。

2 大地絕對(duì)相位法

在這里引入實(shí)踐中常用的兩個(gè)概念：第一為振源，即引起一切問(wèn)題源頭的激勵(lì)；第二為受體，即承受一切激勵(lì)所引起的受體對(duì)象。在現(xiàn)實(shí)中，我們經(jīng)常會(huì)遇到激勵(lì)和受體這樣的對(duì)接關(guān)系，比如我們經(jīng)常遇到給自己的汽車開(kāi)展動(dòng)平衡測(cè)試，這個(gè)工作與我們的水輪機(jī)組配重有這同工異曲之處。行駛在路上的汽車便為振源（激勵(lì)），汽車上的乘客可以等同認(rèn)為是受體，因?yàn)檐圀w的振動(dòng)都是由駕車人員承受，在解決駕車人員的切身舒服感問(wèn)題上，往往需要給汽車開(kāi)展動(dòng)平衡測(cè)試方能解決本質(zhì)問(wèn)題，而為汽車解決動(dòng)平衡問(wèn)題根源的設(shè)備是固定在我們熟悉的牢固的基礎(chǔ)之上。同樣的道理，在高轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)的水輪發(fā)電機(jī)組的部件中，轉(zhuǎn)子就是我認(rèn)為的振源（激勵(lì)），而推力軸承上（下）機(jī)架是我所認(rèn)為的受體，大地就是我們熟悉的牢固的基礎(chǔ)。

通過(guò)對(duì)振源和受體的大眾化比擬，可以明確引導(dǎo)出機(jī)組推力軸承上機(jī)架水平振動(dòng)數(shù)值超標(biāo)的本質(zhì)原因是轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡現(xiàn)象引起的?？梢哉J(rèn)為只要解決轉(zhuǎn)子（激勵(lì)）的質(zhì)量不平衡問(wèn)題，就可以順利解決推力軸承上機(jī)架（受體）[3]水平振動(dòng)問(wèn)題。因?yàn)楣潭ú考屏S承上機(jī)架（受體）安裝在大地基礎(chǔ)上，而推力軸承上機(jī)架又對(duì)轉(zhuǎn)子（激勵(lì)）起到良好的約束效果。我們終究把問(wèn)題簡(jiǎn)單化，把固定部件推力軸承上機(jī)架（受體）和轉(zhuǎn)子（激勵(lì)）作為一個(gè)參考整體，并同時(shí)以大地基礎(chǔ)為參考系，大地基礎(chǔ)和整個(gè)機(jī)組為一對(duì)合理的參照體系。

現(xiàn)場(chǎng)解決動(dòng)不平衡問(wèn)題以參考大地基礎(chǔ)為參考系，是解決該問(wèn)題最重要的一步。

大地絕對(duì)相位法的具體實(shí)施方法分三步走：第一步，以大地為絕對(duì)固定參考，測(cè)量相對(duì)固定的推力軸承上機(jī)架水平振動(dòng)幅值，取得上機(jī)架水平振動(dòng)的正玄波形，見(jiàn)圖2的黑色正弦波形；第二步，在旋轉(zhuǎn)部件上做出突出標(biāo)記物體，并用電渦流傳感器取得該標(biāo)記物體在機(jī)組旋轉(zhuǎn)過(guò)程中形成的鍵相信號(hào)波形，見(jiàn)圖2的紅色曲線；第三步，讀取圖2的黑色正弦波形和圖2的紅色曲線峰峰值之間的時(shí)間差Δt除以機(jī)組旋轉(zhuǎn)固定周期T,利用失重角度計(jì)算公式Δt/T*360°，通過(guò)前兩步的大地絕對(duì)相位法，可準(zhǔn)確算出失重角位置。

圖2 上機(jī)架水平振動(dòng)與鍵相信號(hào)時(shí)域圖

3 大地絕對(duì)相位法的應(yīng)用

水力機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡一般根據(jù)上機(jī)架和下機(jī)架的振動(dòng)情況[4-5]選擇在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上下端面進(jìn)行配重，加重位置在此由大地相位法確定。此次現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡是根據(jù)上機(jī)架水平振動(dòng)相對(duì)大地的失重角進(jìn)行配重，加重位置也是由上機(jī)架水平振動(dòng)幅值相位法確定。

試加重塊的計(jì)算公式為：

計(jì)算公式：

其中：P－試加重量（kg）

G－轉(zhuǎn)子重量（kg）

n－機(jī)組轉(zhuǎn)速（rpm）

r－試加重半徑（m）

由公式計(jì)算可知：

根據(jù)表一數(shù)據(jù)和大地基礎(chǔ)相位法分析并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在轉(zhuǎn)子上端面沿鍵相位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)約63°位置加重13.2 kg。加配重后再次手動(dòng)開(kāi)機(jī)至空轉(zhuǎn)，機(jī)組機(jī)組上機(jī)架水平振動(dòng)情況如表2所示。

表2 配重后上機(jī)架水平振動(dòng)數(shù)據(jù)

某水電廠1號(hào)機(jī)組經(jīng)過(guò)大地相位法在轉(zhuǎn)子上端面沿鍵相位置順時(shí)針旋轉(zhuǎn)約63°位置加重13.2 kg后，上機(jī)架水平振動(dòng)由73 μm下降至22 μm；同時(shí)觀測(cè)上機(jī)架水平振動(dòng)失重角已發(fā)生110°的變化，通過(guò)配重已使得旋轉(zhuǎn)部件的失重角度發(fā)生變化，即再次配重可能會(huì)引起反方向效果，所以本次配重到此結(jié)束。最終通過(guò)大地基礎(chǔ)相位法有效解決了上機(jī)架水平振動(dòng)超標(biāo)的問(wèn)題，如圖3。

圖3 基礎(chǔ)絕對(duì)相位法解決問(wèn)題前后對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確分析確認(rèn)上機(jī)架水平振動(dòng)偏大的原因，針對(duì)性的提出大地相位法來(lái)尋找失重角的方法進(jìn)行配重試驗(yàn)，一次性有效解決了推力軸承上機(jī)架水平振動(dòng)偏大的問(wèn)題，也為電廠的發(fā)電爭(zhēng)取了寶貴的時(shí)間，為以后處理水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承上（下）機(jī)架水平偏大的問(wèn)題提供了一個(gè)很好的參考意義。