淺談電站技改后水輪機異常調(diào)整分析

摘要：電站技術(shù)改造后，重新整合有可能會引起振動，需要通過多方面地進行分析，采取有針對性的措施來降低機組的振動，對水輪發(fā)電機機組的安全穩(wěn)定運行有著重要的意義。本文以陸河縣南萬鎮(zhèn)合水水電站為例進行探討，說明了機組的相關(guān)參數(shù)和電氣試驗，綜合多方面因素來對水輪發(fā)電機機組在改造后發(fā)生的振動異常問題進行解決。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機;振動;電氣試驗;軸線;動平衡;分析

0 引言

我市大部分水電站始建于60、70年代，由于當(dāng)時的技術(shù)條件，水輪機等設(shè)備超負荷運行至今，且設(shè)備零件已短缺，造成許多設(shè)備無法正常運行。隨著我國的經(jīng)濟發(fā)展，小型水電站技術(shù)改造項目提到日常議題。在水電站的運行當(dāng)中，水輪發(fā)電機機組發(fā)揮了重要的作用，因為各種原因，經(jīng)常需要對其進行改造施工，但是在改造完成后容易出現(xiàn)振動問題，如何找到振動的起因并從多方面來解決振動問題成為了工作人員需要解決的問題。下面結(jié)合實例對此進行討論分析。

1 概述

合水水電站的水輪機組在更新改造的時候?qū)D(zhuǎn)輪水力功能進行了升級轉(zhuǎn)換，改造后的轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)與原來不同，葉片個數(shù)發(fā)生變化，徑向方向正負差值增加;這些變化致使機組安裝后振動大、擺度大。涉及原因十分多，主要是部件的變更和重新裝配，改變了機組固有頻率，從而引起振動。根據(jù)經(jīng)驗確定如下處理方案：對轉(zhuǎn)子做電氣試驗，檢測磁拉力，調(diào)整氣隙間距;機械方面入手，轉(zhuǎn)子外圓同軸度的測量和修正;對機組聯(lián)軸后軸線進行調(diào)整分析;現(xiàn)場整體做低速動平衡試驗，增減平衡塊，從外因上減小振動，降低軸瓦溫度。

2 機組相關(guān)參數(shù)

水輪機基本參數(shù)如下：額定轉(zhuǎn)速ns=300r/min，機組轉(zhuǎn)環(huán)直徑Dh=700mm，聯(lián)軸法蘭直徑Df=480mm，轉(zhuǎn)環(huán)至法蘭長度Lf=3 150mm，轉(zhuǎn)環(huán)至水導(dǎo)軸承長度Ld=5400mm。按照《水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范》（GB 8564-1988）的規(guī)定，250～350r/min的機組，發(fā)電機上、下導(dǎo)軸承處軸頸及法蘭處允許的相對擺度為0.02mm/m，水導(dǎo)軸承處軸頸允許的相對擺度為0.04mm/m。故對于本機組，法蘭處允許最大擺度為φb=3.150×0.02=0.063mm，水導(dǎo)允許最大擺度為φc=5.400×0.04≈0.22mm。

3 電氣試驗

3.1 轉(zhuǎn)子各狀態(tài)時交流阻抗測量

（1）在靜止?fàn)顟B(tài)下，主出線短路時的交流阻抗如下所示（見表1）。

表1 主出線短路時的交流阻抗

（2）在靜止?fàn)顟B(tài)下，主出線開路時的交流阻抗如下所示（見表2）。

表2 主出線開路時的交流阻抗

（3）主出線短路，在各導(dǎo)葉開度下，動態(tài)交流阻抗如下所示（見表3）。

表3 動態(tài)交流阻抗

（4）主出線短路，在導(dǎo)葉開度28%的條件下升高轉(zhuǎn)子電壓如下所示（見表4）。

表4 轉(zhuǎn)子電壓

從上述測試數(shù)據(jù)來看，未發(fā)現(xiàn)磁極有匝間短路現(xiàn)象，故排除電氣原因引起振動。由于定子、轉(zhuǎn)子間隙只有3mm，從轉(zhuǎn)子外圓直徑方向看，出廠前加工尺寸已是設(shè)計值的公差下限。如果定子有圓度偏差或定轉(zhuǎn)子的同心度存在偏差，將會造成磁場拉力分布不均勻，從而產(chǎn)生振動。鑒于目前轉(zhuǎn)子圓度已很好，下一步調(diào)整定子的圓度和同心度是關(guān)鍵。

4 轉(zhuǎn)子各配合檔及外圓同軸度的測量和修正

將發(fā)電機轉(zhuǎn)子返廠定位在12m臥車上，測定推力頭檔和法蘭止口數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外圓和轉(zhuǎn)子外圓確有偏心，重新加工處理;其中編號5、6、7、8極沒有車出，4、9極剛擦到，其余極車去最大0.4m。目前尺寸為φ1423.6mm，滑轉(zhuǎn)子外圓重新加工。

5 機組軸線的測量及調(diào)整

5.1 發(fā)電機單盤車時主軸軸線的測量

對發(fā)電機主軸軸線進行測量，檢查主軸與鏡板的不垂直度，測出它的大小數(shù)值和方向，便于通過有關(guān)組合面的處理，使各部位擺度符合規(guī)范要求（見表5）。在上導(dǎo)軸頸及法蘭（或下導(dǎo)）處，沿圓

周均勻劃8等分線，上、下兩部位的等分線均在同一方向上。根據(jù)表1數(shù)據(jù)得上導(dǎo)處的全擺度：

φa5-1=-1-1=-2、φa6-2=-2-1=-3

φa7-3=-1-1=-2、φa8-4=0-0=0

法蘭處的全擺度：

φb5-1=0-（-12）=12、φb6-2=8-（-24）=32

φb7-3=-1-（-19）=18、φb8-4=-7-（-11）=4

法蘭處的凈擺度：

φba5-1=12-（-2）=14、φba6-2=32-（-3）=35

φba7-3=18-（-2）=20、φba8-4=4-0=4

如果沒有其他因素干擾，則法蘭8點凈擺度數(shù)值是1條正弦曲線，并可以在正弦曲線中找到最大擺度及其方位（見圖1）。但在這次測量中，有許多其他因素干擾，使正弦曲線不規(guī)則。第一次正弦曲線發(fā)生較大變化，說明數(shù)值不可靠。有兩種原因?qū)е拢阂皇菧y量錯誤，二是盤車時軸線發(fā)生變化。在排除測量錯誤后，發(fā)現(xiàn)推力卡環(huán)有松動，緊固后重盤車得到表1數(shù)據(jù)，并繪出法蘭凈擺度坐標(biāo)曲線，此圖基本上為正弦曲線，最大擺度在“6”點，其值為：j=φba6-2/2=0.035/2=0.175mm。

圖1 法蘭凈擺度坐標(biāo)曲線

5.2 絕緣墊的刮削量

軸線的處理方法是刮削調(diào)整推力頭與鏡板之間的絕緣墊（也可加薄銅片）（見圖2）。根據(jù)2個三角形相似，最大刮削量：

式中，δ為絕緣墊或推力頭底面的最大刮削量;φba6-2為法蘭處最大凈擺度;D為轉(zhuǎn)環(huán)直徑;L為轉(zhuǎn)環(huán)至法蘭的距離。

表5 發(fā)電機組單獨盤車記錄"""""""""" 0.01mm

沿絕緣墊最大擺度方向做一中心線，按此中心線等分6個刮削區(qū)（見圖3），再按比例確定每一刮削區(qū)應(yīng)刮削的厚度。1區(qū)為0.036、2區(qū)為0.03，以此類推，最后2處不刮削，而用細沙布修磨。刮墊后再次盤車，法蘭凈擺度：φba5-1=0、φba6-2=-1、φba7-3=-3.5、φba8-4=-2.5。對照規(guī)范要求，法蘭擺度值已在允許范圍。

5.3 聯(lián)軸后盤車時主軸軸線的測量及調(diào)整

根據(jù)聯(lián)軸盤車數(shù)據(jù)作出法蘭和水導(dǎo)的凈擺度曲線，并用前述方法計算出最大擺度值和方向。發(fā)現(xiàn)法蘭最大擺度方位在7點，擺度值φba=0.02mm，水導(dǎo)軸頸的最大擺度方位在2點，擺度值φca=0.7mm（見圖4）。二者不在同一方向，說明軸線有立體曲折，從轉(zhuǎn)環(huán)到法蘭偏向7點，從法蘭到水導(dǎo)折向2點。根據(jù)規(guī)范要求，法蘭擺度合格，水導(dǎo)擺度超標(biāo)，需要調(diào)整。這也是設(shè)備安裝和檢修中，發(fā)電機單盤車后經(jīng)常碰到的情況。水導(dǎo)擺度超標(biāo)，可以在法蘭接觸面加薄銅片進行處理。加墊后盤車，水導(dǎo)凈擺度為φca1-5=2、φca2-6=8、φca3-7=12、φca4-8=10，均在允許范圍內(nèi)，從而完成了軸線調(diào)整。

圖4 軸線曲折示意

6 現(xiàn)場動平衡

當(dāng)通過軸線的調(diào)整后，該機組的振動大幅度降低，但是還沒有達到規(guī)范要求，此時需進行平衡試驗;即在轉(zhuǎn)子的風(fēng)扇環(huán)位置加上或減去一定數(shù)量的平衡塊，來減少轉(zhuǎn)子的慣性主軸與旋轉(zhuǎn)軸線的偏離，使轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的振動降到容許范圍內(nèi)。平衡的作用就是減少轉(zhuǎn)子的撓曲、降低機組的振動并減少軸承及基礎(chǔ)的動反力，保證機組安全平穩(wěn)可靠的運行。具體方法是將傳感器安裝在軸承座上，測量水平、垂直方向的振動值。此外在軸上還需要作一個標(biāo)記，此標(biāo)記通過光電傳感器時，產(chǎn)生一個電壓脈沖;此脈沖作為相位的參考標(biāo)記，便于確定安裝配重的角位置。將振動、相位信號分別接入EN—900振動監(jiān)測故障分析儀器進行智能數(shù)據(jù)采集，并使用其自帶的動平衡軟件進行分析，得到配重大小和方位如下所示（見圖5、表7）。二次動平衡后，振動值合格。

表7 機組現(xiàn)場轉(zhuǎn)子動平衡試驗數(shù)據(jù)

7 結(jié)語

綜上所述，對水輪發(fā)電機機組的振動進行分析處理時，可以先采用電氣試驗，再分析轉(zhuǎn)子的圓度或定轉(zhuǎn)子的同心度是否存在偏差而造成的磁場拉力分布不均勻，引起振動，觀察軸線的情況，找出原因然后針對實際情況采取相應(yīng)的措施，最大限度的處理水輪發(fā)電機機組的振動問題。

參考文獻：

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