淺談減小機(jī)組振動(dòng)擺度的方法

阿得榮

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧丹東118216）

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淺談減小機(jī)組振動(dòng)擺度的方法

阿得榮

（中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧丹東118216）

摘要：通過對赤道幾內(nèi)亞吉布洛水電站1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分振動(dòng)擺度超標(biāo)消缺處理的介紹，總結(jié)了小型機(jī)組軸線調(diào)整和軸瓦調(diào)整的方法，以及造成機(jī)組運(yùn)行過程中振動(dòng)擺度超標(biāo)的原因。

關(guān)鍵詞：吉布洛水電站；振動(dòng)擺度超標(biāo)；軸線調(diào)整；方法及原因

吉布洛（Djiploho）水電站位于赤道幾內(nèi)亞大陸境內(nèi)的維樂河（RIO WELE）吉布洛瀑布附近，電站在投運(yùn)初期為系統(tǒng)內(nèi)裝機(jī)最大的電源，電站運(yùn)行方式為孤網(wǎng)運(yùn)行，所以號(hào)稱“赤幾三峽”，其開發(fā)目標(biāo)以發(fā)電為主。半地下廠房內(nèi)安裝4臺(tái)單機(jī)容量為30MW的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量120 MW。于2012年10月10日全面竣工，經(jīng)過1年的運(yùn)行，1號(hào)機(jī)組出現(xiàn)了各部導(dǎo)軸承振動(dòng)擺度超標(biāo)的情況，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1　1號(hào)機(jī)組擺度值　單位：mm

從數(shù)據(jù)上可以看出各部導(dǎo)軸承擺度嚴(yán)重超出設(shè)計(jì)與規(guī)范要求，為保證機(jī)組的安全運(yùn)行，找出形成該情況的原因和解決的方法，首先分析了機(jī)組擺度超標(biāo)可能產(chǎn)生的原因，見表2。

而后利用以下試驗(yàn)來確定擺度超標(biāo)的原因，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果采取相應(yīng)處理辦法。

1　機(jī)組振擺產(chǎn)生原因的試驗(yàn)分析

1.1勵(lì)磁電流試驗(yàn)

它是區(qū)別機(jī)械振動(dòng)和電磁振動(dòng)的主要方法。由電磁原因引起的振動(dòng)，其特點(diǎn)是振幅隨勵(lì)磁電流增加而增加，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

結(jié)論：

（1）振動(dòng)，擺度受勵(lì)磁影響很小可以忽略不計(jì)，變化趨勢見圖1、圖2；

（2）上導(dǎo)Y方向擺度測量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤。

表2　機(jī)組擺度超標(biāo)可能產(chǎn)生的原因

1.2轉(zhuǎn)速試驗(yàn)

由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量分布不均勻、軸線不正等引起的機(jī)械振動(dòng)，都與轉(zhuǎn)速有關(guān)，其轉(zhuǎn)速增加振幅也隨著增加，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

結(jié)論：

1）上導(dǎo)Y方向擺度測量數(shù)據(jù)錯(cuò)誤；

2）在空載低速也產(chǎn)生擺度；

3）隨轉(zhuǎn)速的增加而增大（振擺與轉(zhuǎn)速關(guān)系趨勢見圖1、圖2）。

1.3負(fù)荷試驗(yàn)

負(fù)荷試驗(yàn)是判斷振動(dòng)是否由水力因素引起的重要試驗(yàn)。一般來說，如果振動(dòng)與負(fù)荷變化有關(guān)，則振動(dòng)是由水力因素引起的；要判明哪一個(gè)原因，則必須根據(jù)振動(dòng)特性（如振動(dòng)頻率、振幅、振動(dòng)部位）與負(fù)荷的關(guān)系及其他所觀察到的現(xiàn)象，進(jìn)行分析研究，各工況下的振動(dòng)及擺度見下頁表5。

表3　勵(lì)磁電流作用下的振動(dòng)、擺度值　單位：mm

表4　額定轉(zhuǎn)速作用下的振動(dòng)、擺動(dòng)值　單位：mm

圖1　擺度與轉(zhuǎn)速、勵(lì)磁、負(fù)荷關(guān)系變化趨勢

圖2　振動(dòng)與轉(zhuǎn)速、勵(lì)磁、負(fù)荷關(guān)系變化趨勢

結(jié)論：

1）上、下導(dǎo)：同時(shí)間段負(fù)荷變化對擺度的影響很小幾乎可以忽略（2013年5月28日負(fù)荷從1-9 MW擺度變化0.01 mm）；

2）上、下導(dǎo)：同負(fù)荷在不同時(shí)間段變化很大，低負(fù)荷下長期運(yùn)行導(dǎo)致擺度變大（2012年11月份至2013年2月份擺度增加了0.10 mm，2013年3月份至5月份增加了0.10 mm）；

3）水導(dǎo)：隨負(fù)荷的增加而變大（負(fù)荷超過14MW突然變大，進(jìn)入振動(dòng)區(qū)），1～4 MW為低負(fù)荷振動(dòng)區(qū)。

擺度超標(biāo)的原因分析：

1）從圖1可以看出：轉(zhuǎn)速對擺度的影響最大（上導(dǎo)和下導(dǎo)在轉(zhuǎn)速區(qū)已嚴(yán)重超標(biāo)），其次勵(lì)磁，擺度受負(fù)荷影響最??；水導(dǎo)擺度在勵(lì)磁和低負(fù)荷區(qū)超標(biāo)。

2）從表5可以看出：低負(fù)荷下長期運(yùn)行是造成振擺變大的主要原因。

根據(jù)吉布洛機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及以上試驗(yàn)結(jié)論，現(xiàn)場需要從機(jī)械、電氣、水力三方面采取措施來消除或減緩機(jī)組振動(dòng)及擺度。

2　機(jī)組振擺處理方法

2.1機(jī)組軸線調(diào)整及處理

利用廠房內(nèi)的橋式起重機(jī)為動(dòng)力進(jìn)行盤車測量擺度，從而檢查機(jī)組軸線的傾斜和曲折狀況，同時(shí)求出擺度值，用于分析與處理軸線。盤車數(shù)據(jù)見表6。

表6　盤車數(shù)據(jù)　單位：0.01mm

表5　1號(hào)機(jī)組擺度隨負(fù)荷和運(yùn)行時(shí)間段變化關(guān)系表時(shí)間段：（2012年10月4日至2013年6月5日）

從盤車結(jié)果可以看出軸線存在折線，且超出了規(guī)范要求。為了解決軸線存在的問題，現(xiàn)場采取了研刮推力頭和鏡板之間的絕緣墊以及在大軸法蘭之間加銅墊的方法。絕緣墊研刮量計(jì)算采用公式：

L—兩測點(diǎn)的距離，mm；

D—推力頭底面直徑（內(nèi)徑、外徑的平均值），mm。

通過計(jì)算絕緣墊的研刮最大量為0.03 mm，在3號(hào)點(diǎn)方向，但需要通過八個(gè)區(qū)域來均分和過渡、所以只能是用細(xì)砂紙輕輕地來回?cái)?shù)十遍次功夫才能蹭出來。

大軸法蘭之間的墊片厚度計(jì)算采用公式：

L2—水導(dǎo)測點(diǎn)至法蘭測點(diǎn)的距離，m；

L—上導(dǎo)軸承測點(diǎn)至水導(dǎo)測點(diǎn)的距離，m；

L1—上導(dǎo)軸承測點(diǎn)至法蘭測點(diǎn)的距離，m。為正值時(shí)，該點(diǎn)法蘭處應(yīng)加金屬墊，椎為負(fù)值時(shí)，在其對側(cè)點(diǎn)加金屬楔形墊。

經(jīng)過計(jì)算，需在3點(diǎn)方向加墊，使用從0.01～0.15 mm相隔0.01mm的15種規(guī)格的銅皮分15個(gè)區(qū)域按照放樣過渡而成。

2.2上、下導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行后軸瓦間隙的測量結(jié)果可以看出實(shí)際軸瓦間隙遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)間隙，出現(xiàn)這種情況的原因有2種：1）瓦間隙調(diào)的偏大或者調(diào)整方式不正確；2）楔子板之間搭接量不夠，且有間隙。

針對第1）條，總結(jié)以往檢修的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)盤車記錄重新分配各導(dǎo)軸瓦的間隙，在抱瓦過程中提出了采用加厚度相同的標(biāo)準(zhǔn)墊片的方法來調(diào)整間隙值，然后用3.2T千斤頂頂緊，消除二次間隙的思路。經(jīng)調(diào)整后復(fù)測，從記錄上可以看出間隙數(shù)值與所加的標(biāo)準(zhǔn)墊片厚度一致，且不存在二次間隙。

針對第2）條，認(rèn)為原設(shè)計(jì)為保證調(diào)整后的軸承間隙保持不變，采用楔形支承結(jié)構(gòu)（見圖3）本身不存在問題，但從運(yùn)行瓦溫隨擺度變化的趨勢來看，瓦間隙發(fā)生了變化，因此，對楔子板進(jìn)行了檢查，發(fā)現(xiàn)楔子板由于焊接變形使配合面之間出現(xiàn)0.5 mm左右不均勻間隙，而實(shí)際運(yùn)行過程中采用螺栓和壓板強(qiáng)迫楔子板消除間隙的方法效果不佳，其原因?yàn)椋?）機(jī)組停機(jī)狀態(tài)影響調(diào)整瓦間隙，實(shí)際間隙偏大；2）機(jī)組運(yùn)行過程中楔子板受力后鐵板容易變形；3）上、下導(dǎo)擺度仍然在0.70 mm左右。這是運(yùn)行過程中出現(xiàn)上、下導(dǎo)瓦松動(dòng)、瓦間隙變大，擺度得不到控制的主要原因。

圖3　導(dǎo)軸瓦楔形支撐結(jié)構(gòu)

為保證軸線調(diào)整后的效果，通過實(shí)測每塊楔子板之間的間隙或?qū)崪y每塊底部楔子板（被焊接固定的那塊）焊接變形尺寸，然后重新加工楔子板（活動(dòng)可調(diào)節(jié)的那塊）來消除間隙，檢修前后楔子板的搭接情況和厚度詳見下頁表7，通過上述方法保證了上、下導(dǎo)楔子板接觸面搭接量均在99%以上。

2.3大軸補(bǔ)氣閥動(dòng)作壓力和行程調(diào)整

大軸補(bǔ)氣閥的作用是當(dāng)尾水管內(nèi)產(chǎn)生汽蝕而出現(xiàn)真空時(shí)，在真空負(fù)壓作用下將閥盤吸下，使空氣進(jìn)入尾水管破壞真空，降低因水力因素出現(xiàn)氣蝕造成的機(jī)組振動(dòng)（該電站4臺(tái)機(jī)組均在45 %額定負(fù)荷以上開始補(bǔ)氣）。如圖4所示。

在調(diào)整彈簧壓力時(shí)應(yīng)根據(jù)尾水管出現(xiàn)的真空值來進(jìn)行調(diào)整。設(shè)計(jì)給定本閥在-0.096 kg/cm2時(shí)活門打開，開始補(bǔ)氣；在-0.25 kg/cm2活門全開補(bǔ)氣。調(diào)整S至40 mm。彈簧壓力值按下式進(jìn)行調(diào)整。

式中：

P—彈簧應(yīng)調(diào)整的壓力值，kg；

p—尾水管補(bǔ)氣壓力值，（-0.096 kg/cm2時(shí)活門打開，開始補(bǔ)氣；在-0.25 kg/cm2活門全開補(bǔ)氣）；

D—閥盤直徑，cm（D=15 cm）。

表7　

圖4　補(bǔ)氣結(jié)構(gòu)示意

因此，我方在調(diào)整彈簧壓力時(shí)，在調(diào)節(jié)行程螺母上分2次掛上質(zhì)量分別為16.956 kg和44.156 kg的2塊試重塊，觀察2次試驗(yàn)中的活門打開狀態(tài)，并將S調(diào)整到40 mm。

通過以上分析和調(diào)整，我方從機(jī)械、電氣和水力方面對機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)和加大擺度的因素進(jìn)行了優(yōu)化，重新開機(jī)后各部導(dǎo)軸承振動(dòng)擺度見表8，從表8可以看出機(jī)組檢修后各部導(dǎo)軸承擺度均達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

表8　調(diào)整后的擺動(dòng)值　單位：mm

3　結(jié)束語

通過對赤道幾內(nèi)亞吉布洛水電站1號(hào)機(jī)組振動(dòng)擺度的優(yōu)化，可以看出水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)和擺度變大有設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修、運(yùn)行等各方面的原因，只有在關(guān)鍵部位，關(guān)鍵工序上下功夫，嚴(yán)格按照國標(biāo)規(guī)范進(jìn)行安裝和檢修，同時(shí)應(yīng)避開機(jī)組運(yùn)行的振動(dòng)區(qū)，避免機(jī)組長時(shí)間在低負(fù)荷區(qū)運(yùn)行，就能夠?qū)C(jī)組的振動(dòng)擺度控制在符合設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，從而保證機(jī)組的發(fā)電質(zhì)量和運(yùn)行壽命。

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作者簡介：阿得榮（1981-），男，工程師，從事水電站機(jī)電安裝工作。

收稿日期：2015-12-21

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.002

中圖分類號(hào)：TK730.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2016）04-0006-05