水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)的故障分析與處理

譚博元

（遼寧潤(rùn)中供水有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽(yáng) 110015）

1 概述

燕山湖水庫(kù)電站位于遼寧省朝陽(yáng)市大凌河干流的上游，且為壩后式電站，該電站于2001年5月正式建成發(fā)電，總裝機(jī)容量為2 100 kW，多年平均發(fā)電量為450萬(wàn)kW·h，年利用小時(shí)為2 100 h，發(fā)電設(shè)計(jì)水頭為14.50 m，最大水頭為17.67 m。電站共有2臺(tái)機(jī)組，1號(hào)機(jī)組水輪機(jī)型號(hào)為ZD560Q-LJ-140，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF1600-16/2600；2 號(hào)機(jī)組水輪機(jī)型號(hào)為ZD560Q-LJ-100，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF500-12/1730。

2 運(yùn)行狀況

1 號(hào)1 600 kW 水輪發(fā)電機(jī)組自投入運(yùn)營(yíng)以來(lái)，長(zhǎng)期保持了較為穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。自2020 年起，1 號(hào)機(jī)組運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)及噪聲開(kāi)始逐漸增大，而且下導(dǎo)瓦的運(yùn)行溫度持續(xù)上升，工作溫度在夏季甚至貼近了報(bào)警閾值。同時(shí)，2 號(hào)機(jī)組運(yùn)行卻表現(xiàn)出極佳的穩(wěn)定性，其振動(dòng)和噪聲保持在相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。鑒于這些情況，應(yīng)對(duì)1 號(hào)機(jī)組進(jìn)行全面檢修，以確保其安全穩(wěn)定地運(yùn)行。

3 故障分析

3.1 正常檢修

在大多數(shù)情況下，正常振動(dòng)的加劇是由于機(jī)械磨損導(dǎo)致的間隙變化、軸線的位移、不平衡或不對(duì)中等問(wèn)題，因此，在機(jī)組大修過(guò)程中，檢修工作應(yīng)主要集中在這些常見(jiàn)問(wèn)題上。檢修人員應(yīng)采取標(biāo)準(zhǔn)的檢修程序，對(duì)機(jī)組的各主要部件進(jìn)行徹底檢查和必要的維護(hù)修理，如瓦間隙調(diào)整、軸線校正、輪轂和葉片的檢查等，從而解決機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題。

在對(duì)1 號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行擴(kuò)大性大修之后，機(jī)組的各項(xiàng)性能滿足國(guó)家規(guī)范要求。根據(jù)GB/T 8564—2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》的規(guī)定對(duì)1 號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行盤(pán)車(chē)測(cè)試，并記錄相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

1）發(fā)電機(jī)大軸從推力頭到下導(dǎo)軸為2.36 m，下導(dǎo)軸處實(shí)際最大擺度為0.040 mm，符合GB/T 8564—2003 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下導(dǎo)軸處的最大擺度不超過(guò)0.047 mm 的要求。

2）發(fā)電機(jī)大軸從推力頭到水導(dǎo)軸為5.45 m，實(shí)際水導(dǎo)軸處的最大擺度為0.085 mm，滿足GB/T 8564—2003 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水導(dǎo)軸處的最大擺度不超過(guò)0.218 mm 的要求。

3）轉(zhuǎn)輪間隙（機(jī)組停在+Y第8 點(diǎn)位置測(cè)量的數(shù)據(jù)）：迎水側(cè)+Y方向?yàn)?.350 mm，河道側(cè)+X方向?yàn)?.400 mm，尾水側(cè)-Y方向?yàn)?.400 mm，中控室側(cè)-X方向?yàn)?.450 mm。

4）上導(dǎo)瓦間隙測(cè)量：各方向均為為0.080 mm。

5）下導(dǎo)瓦間隙測(cè)量：各方向均為0.100 mm。

6）水導(dǎo)瓦間隙測(cè)量：各方向均為0.150 mm。

7）推力頭距上導(dǎo)油盆邊緣的中心位置測(cè)量：+Y方向?yàn)?3.5 cm，-Y方向?yàn)?3.5 cm，+X方向?yàn)?3.4 cm，-X方向?yàn)?3.6 cm。

經(jīng)過(guò)盤(pán)車(chē)測(cè)試（具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表1 和表2），機(jī)組的推力頭、水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪，以及發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子均被精準(zhǔn)置于機(jī)組的中心位置。

表1 1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)大修盤(pán)車(chē)最終數(shù)據(jù)（相對(duì)擺度）0.01 mm

表2 1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)大修盤(pán)車(chē)最終數(shù)據(jù)（全擺度）0.01 mm

3.2 原因分析

在機(jī)組完成大修且各項(xiàng)檢查確認(rèn)無(wú)誤之后，開(kāi)始執(zhí)行開(kāi)機(jī)試驗(yàn)過(guò)程。試驗(yàn)中，一旦機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)速度達(dá)到了額定值，便出現(xiàn)了異常的噪聲和振動(dòng)。為查明原因，在水輪機(jī)室對(duì)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的機(jī)組進(jìn)行觀察，并采用手觸摸的方式檢查機(jī)架的支臂，結(jié)果在X方向感覺(jué)到了明顯的顫動(dòng)，而Y方向的振動(dòng)則相對(duì)較弱。

為了進(jìn)一步診斷，在機(jī)組停機(jī)的靜止?fàn)顟B(tài)下，在下機(jī)架和機(jī)座根部的X和Y方向分別安裝了千分尺，然后再次啟動(dòng)機(jī)組進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果顯示，在X方向，千分尺的最大讀數(shù)達(dá)到了1.200 mm；Y方向千分尺的最大讀數(shù)為0.100 mm。根據(jù)測(cè)試結(jié)果分析，機(jī)組下機(jī)架在X方向上基礎(chǔ)固定不當(dāng)導(dǎo)致了機(jī)組異常振動(dòng)。

另外，因?yàn)榘惭b有測(cè)溫電阻，Y方向的兩塊瓦承受力較大，而X方向的兩塊瓦承受力較小，從而造成有測(cè)溫電阻的兩塊下導(dǎo)瓦溫度高。

4 故障處理

機(jī)組停機(jī)后，在做好安全措施的前提下拆除下導(dǎo)瓦，鑿出下機(jī)架的4 個(gè)底腳的混凝土，用電焊把下機(jī)架的基礎(chǔ)板埋件和預(yù)埋螺栓360°焊接牢固，同時(shí)，用C30 以上標(biāo)號(hào)的混凝土進(jìn)行灌注，并用熱蒸汽進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。當(dāng)混凝土強(qiáng)度滿足要求后，打緊下機(jī)架固定部分與基礎(chǔ)板之間的大螺栓，對(duì)螺栓的螺帽與下機(jī)架外側(cè)固定部分之間進(jìn)行點(diǎn)焊。重新設(shè)定機(jī)組的瓦間隙，確定機(jī)組推力頭中心及上導(dǎo)瓦間隙、轉(zhuǎn)輪與轉(zhuǎn)輪室的間隙及水導(dǎo)瓦的間隙后，再設(shè)定好下導(dǎo)4 塊瓦的間隙。1 號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組重新安裝完畢后，進(jìn)行了開(kāi)機(jī)試驗(yàn)，在上機(jī)架1 m 處測(cè)試的噪音小于65 dB，滿足GB/T 8564—2003 要求。

5 結(jié)語(yǔ)

在進(jìn)行水輪發(fā)電機(jī)組的大修工作時(shí)，一旦涉及機(jī)組部件的拆卸，除正常的盤(pán)車(chē)操作外，也需要對(duì)包括下機(jī)架固定元件及定子相關(guān)的混凝土基礎(chǔ)預(yù)埋部件在內(nèi)的所有預(yù)埋件進(jìn)行一次徹底檢查，避免以后返工導(dǎo)致工程量的增加和損耗。