懸吊式發(fā)電機(jī)組下導(dǎo)擺度增大原因分析

楊應(yīng)武（阿壩水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川成都610041）

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懸吊式發(fā)電機(jī)組下導(dǎo)擺度增大原因分析

楊應(yīng)武
（阿壩水電開(kāi)發(fā)有限公司，四川成都610041）

摘要：懸吊式發(fā)電機(jī)組推力軸承與主軸采用間隙裝配，使整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分懸吊，有利于機(jī)組自垂直以及軸線的調(diào)整，因而得到廣泛應(yīng)用。本文對(duì)某電站懸吊式發(fā)電機(jī)組下導(dǎo)擺度增大的原因進(jìn)行了分析和探討，也為同行提供了參考。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī)組；下導(dǎo)擺度；增大原因

1前言

懸吊式發(fā)電機(jī)組推力軸承與主軸采用間隙裝配，使整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分懸吊，有利于機(jī)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(jī)組中。但在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，此結(jié)構(gòu)形式的發(fā)電機(jī)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(hào)懸吊式發(fā)電機(jī)組為例，對(duì)下導(dǎo)擺度偏大原因進(jìn)行分析和探討，并提出了排查方法，以供同行借鑒。

2機(jī)組概況

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(jī)組，發(fā)電機(jī)為懸吊式。機(jī)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(jī)主要特性參數(shù)：

型號(hào)：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(jī)主要特性參數(shù)：

型號(hào)：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(jī)組運(yùn)行情況

1號(hào)機(jī)組2008年12月并網(wǎng)發(fā)電。2012年5月完成首次A級(jí)檢修，A修前共運(yùn)行20 949 h，備用8 979 h。A修完成后至今共運(yùn)行18 517 h，備用9 971 h。

3機(jī)組檢修后的現(xiàn)象

3.1機(jī)組修前修后以及3臺(tái)機(jī)組等負(fù)荷下技術(shù)數(shù)據(jù)

（1）機(jī)組檢修前后數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。

表1　72 h試運(yùn)行后數(shù)據(jù)

（2）電站3臺(tái)機(jī)組等負(fù)荷下振動(dòng)擺度對(duì)比（有功40 MW），見(jiàn)表2。

表2　振動(dòng)、擺度對(duì)比

根據(jù)振動(dòng)擺度及瓦溫修前修后數(shù)據(jù)以及等負(fù)荷下3臺(tái)機(jī)組振動(dòng)及擺度數(shù)據(jù)的對(duì)比，1號(hào)機(jī)組在修后下導(dǎo)擺度增大，機(jī)組振動(dòng)略大于其余2臺(tái)機(jī)組，特別是頂蓋排水管振動(dòng)，1號(hào)機(jī)組遠(yuǎn)大于2號(hào)機(jī)組。水車室及尾水錐管噪音大于其余2臺(tái)機(jī)組。機(jī)組運(yùn)行1個(gè)月后，頂蓋排水管全部開(kāi)始破裂，有一根甚至斷落。

3.2 1號(hào)機(jī)組A級(jí)檢修主要缺陷處理

（1）頂蓋排水管的更換。機(jī)組檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)六支機(jī)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(wú)縫鋼管，焊接和處理均在安裝間進(jìn)行。

（2）轉(zhuǎn)輪泵板的修復(fù)。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪拆除后，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪葉片泵焊縫及本體開(kāi)裂。經(jīng)與廠家協(xié)調(diào)，召開(kāi)專題分析會(huì)議，分析其產(chǎn)生原因?yàn)椋?/p>

①焊縫裂紋為疲勞開(kāi)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(dòng)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(kāi)裂。

②本體開(kāi)裂是由于焊縫出現(xiàn)開(kāi)裂后，由于交變應(yīng)力的作用泵板本體出現(xiàn)開(kāi)裂。

處理方式：現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)方式。

3.3缺陷處理對(duì)機(jī)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(jìn)行變動(dòng)。變動(dòng)后其運(yùn)行方式和狀態(tài)應(yīng)恢復(fù)到原設(shè)計(jì)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(chǎng)修復(fù)方式，即將原焊縫清根后重新補(bǔ)焊，泵板本體開(kāi)裂的部位進(jìn)行打磨，將裂紋處拋開(kāi)進(jìn)行修復(fù)焊接。焊接完成后對(duì)焊縫進(jìn)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(jī)械部分的缺陷處理不存在影響機(jī)組振動(dòng)或擺度增大。

4機(jī)組擺度、振動(dòng)增大的幾種情況分析

4.1瓦間隙分配

根據(jù)1號(hào)機(jī)組A修數(shù)據(jù)，機(jī)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(jī)組擺度進(jìn)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(dòng)及噪音也應(yīng)與此無(wú)關(guān)。

4.2油質(zhì)劣化造成機(jī)組擺度變化

機(jī)組檢修時(shí)，將機(jī)組油槽油全部排除并進(jìn)行了過(guò)濾，過(guò)濾后經(jīng)專業(yè)檢測(cè)單位進(jìn)行了檢測(cè)，油質(zhì)合格后方進(jìn)行注油。

4.3機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分摩擦造成擺度變化

機(jī)組檢修完成后對(duì)各部件進(jìn)行了檢測(cè)，均符合要求，在機(jī)組初次開(kāi)機(jī)時(shí)，當(dāng)大軸旋轉(zhuǎn)后進(jìn)行了全面檢查，無(wú)異常情況。如若固定部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分摩擦，則機(jī)組在升速過(guò)程中，機(jī)組的擺度有明顯的跳變，并且機(jī)組水導(dǎo)及上導(dǎo)擺度也會(huì)隨之變化。

4.4下機(jī)架基礎(chǔ)原因

下機(jī)架基礎(chǔ)的位移或是基礎(chǔ)不牢固將會(huì)影響下導(dǎo)軸承及水導(dǎo)軸承的擺度，但機(jī)組修前擺度滿足要求，說(shuō)明不存在下機(jī)架基礎(chǔ)變化的原因。

4.5機(jī)組軸線調(diào)整不滿足要求

機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的軸線質(zhì)量的好壞，對(duì)整個(gè)機(jī)組擺度及振動(dòng)有重要的影響。軸線問(wèn)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(jī)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(jiàn)表3），下導(dǎo)與水導(dǎo)最大相對(duì)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(shí)，大軸垂直度滿足要求，機(jī)組處于自由狀態(tài)，分析主要原因?yàn)殓R板跳動(dòng)產(chǎn)生的。引起鏡板跳動(dòng)主要有以下3個(gè)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(jī)組在修前運(yùn)行工況一直較好，而檢修過(guò)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(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)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(shí)，塑料瓦會(huì)及時(shí)調(diào)整受力平衡，因此，僅憑借推力瓦瓦溫來(lái)驗(yàn)證鏡板受力是不準(zhǔn)確的。

4.6機(jī)組水力因素造成擺度變化

機(jī)組在運(yùn)行過(guò)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(jī)架，徑向水推力及機(jī)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(jī)組承受的水推力不平衡時(shí)，機(jī)組將會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和擺度增大的現(xiàn)象。

（1）軸向水推力。此機(jī)組水輪機(jī)型號(hào)為HLA722C0 LJ-331，水輪機(jī)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(shí)，則全部依靠頂蓋排水管進(jìn)行泄壓。當(dāng)機(jī)組頂蓋排水管堵塞，機(jī)組引水板（泵板）向外引水能力降低，此時(shí)機(jī)組所承受軸向均壓將發(fā)生變化，機(jī)組鏡板及上機(jī)架所承受的軸向力將會(huì)增加且不均勻，此時(shí)機(jī)架擾動(dòng)增大，鏡板跳動(dòng)增加。同時(shí)，機(jī)組擺度、振動(dòng)將會(huì)增大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)尖叫聲。

1號(hào)機(jī)組在A修時(shí)，頂蓋均壓管由于氣蝕嚴(yán)重進(jìn)行了更換處理，在運(yùn)行1個(gè)月后出現(xiàn)排水管斷裂顯現(xiàn)，漏水嚴(yán)重。為了保證機(jī)組安全運(yùn)行，采取以下方案進(jìn)行了整改。項(xiàng)蓋排水管改造見(jiàn)圖3。

圖3　項(xiàng)蓋排水管改造示意圖

由于采取了減震措施，頂蓋排水管運(yùn)行狀況得到緩解，但在上游側(cè)2、3號(hào)排水管在運(yùn)行2個(gè)月后仍出現(xiàn)焊縫開(kāi)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(jī)組管路布置方式的對(duì)比，技改方案是可行的，其焊縫開(kāi)裂漏水的管路，從前面數(shù)據(jù)可以判定，其排水管振動(dòng)明顯大于2號(hào)機(jī)組，因此由于水力因素產(chǎn)生的后果的可能性很大。2號(hào)機(jī)組頂蓋排水管振動(dòng)、噪音最小，但主軸密封漏水量最大，分析認(rèn)為：2號(hào)機(jī)組頂蓋排水環(huán)管已經(jīng)堵塞，或部分堵塞，1號(hào)機(jī)組頂蓋排水管個(gè)別堵塞，造成嚴(yán)重水力不平衡現(xiàn)象。

（2）當(dāng)機(jī)組中心未滿足要求時(shí)，轉(zhuǎn)輪在止漏環(huán)處間隙不均勻，此時(shí)轉(zhuǎn)輪徑向所受水推力將出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象。此時(shí)，機(jī)組同樣會(huì)出現(xiàn)擺度、振動(dòng)增大，機(jī)組噪音增大的現(xiàn)象。

4.7電氣原因

造成機(jī)組振動(dòng)及擺度大的原因主要為磁拉力不平衡造成：一是個(gè)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(jī)組聯(lián)軸螺栓伸長(zhǎng)值不滿足要求

從上端（發(fā)機(jī)軸）軸開(kāi)始到水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪，整個(gè)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(shí)水發(fā)聯(lián)軸螺栓、水輪機(jī)大軸法蘭聯(lián)接螺栓伸長(zhǎng)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(shí)造成機(jī)組振動(dòng)和噪音的增加。

5排查方案及應(yīng)對(duì)措施

從上述情況分析，產(chǎn)生機(jī)組振動(dòng)、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(jī)組軸線調(diào)整、電氣原因、水力不平衡、機(jī)組聯(lián)軸螺栓伸長(zhǎng)值偏小。由于機(jī)組的振動(dòng)會(huì)對(duì)機(jī)組產(chǎn)生較大損傷，長(zhǎng)期運(yùn)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(jī)組安全運(yùn)行，排除產(chǎn)生的原因更為重要，可采取的措施如下：

（1）頂機(jī)組轉(zhuǎn)子，測(cè)量上機(jī)架上拱度。

（2）機(jī)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(jī)架擾動(dòng)、機(jī)組擺度、振動(dòng)、噪音等數(shù)據(jù)測(cè)量，并與其余機(jī)組進(jìn)行對(duì)比。

（3）將已有裂縫的頂蓋排水管采取水管補(bǔ)漏器進(jìn)行臨時(shí)補(bǔ)漏。

（4）適當(dāng)時(shí)候安排小修，將頂蓋排水管在空載情況下引致排水溝，測(cè)量機(jī)組前后振動(dòng)及噪音變化。同時(shí)采用灌水方式進(jìn)行排查頂蓋排水管是否被堵。

（5）測(cè)量止漏環(huán)間隙及空氣間隙，推算機(jī)組是否在中心位置，確定上下是否同心。

（6）上述措施實(shí)施后仍不能分析出原因，則在適當(dāng)時(shí)候安排對(duì)機(jī)組軸線進(jìn)行重新檢驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]盧可正，汪俊.立式水輪發(fā)電機(jī)組振擺研究[J].四川水力發(fā)電，2009，28（Z）.

作者簡(jiǎn)介：楊應(yīng)武（1980-），男，工程師，從事水電站機(jī)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(hào)：TV737

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2016）03-0051-04