水輪發電機軸線擺度增大的原因分析

瞿吉國*

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水輪發電機軸線擺度增大的原因分析

瞿吉國*

（中電投蘭州新區熱電分公司，甘肅蘭州，730050）

水輪發電機主要是指以水輪機為原動機將水能轉化為電能的一種發電機，當水流經過水輪機時，水能即可轉化為機械能，水輪機的轉軸帶動著發電機的轉子，將機械能轉化為電能進行輸出，水輪發電機助于水電站生產電能最主要的一種動力設備。在水輪發電機運行的過程中，水輪發電機軸線擺度屬于判斷水輪機工況的重要參數之一，水輪發電機軸線的擺度會出現異常增大的現象，這種現象的出現嚴重影響水輪發電機的正常運行及工作效率，為了分析水輪發電機軸線擺度增大的相關原因及解決對策，筆者針對水輪發電機的相關方面進行了分析。

水輪發電機；軸線擺渡增大；原因；對策

引言

水輪發電機主要是由水輪機進行驅動的，轉子較為短粗，機組的啟動及并網需要的時間不長，具有較為靈活的運行調度，適合作為調峰機組及事故備用機組，水輪發電機的轉速決定著發出的交流電的頻率，將轉子的轉速穩定才能保證交流電的頻率，一般采用閉環控制的方式對水輪機的轉速進行控制[1]，對即將發出的交流電的頻率信號進行采樣，將其反饋到控制水輪機導葉開合角度的控制系統中去，控制水輪機的輸出功率，通過這種反饋控制原理來穩定發電機的轉速。針對水輪機出現的擺度增大的現象，隨著電力體制改革的發展及進步，水電站機電設備檢修工作實行的狀態檢修已經成為必然，水電機組的擺度作為判斷水輪機工況的重要參數，對擺度進行監測也已經成為重要話題。本文主要先對軸線擺度對水輪發電機危害及擺度增大的原因進行了詳細的分析。

1 水輪發電機軸線擺度增大的危害

水輪發電機軸線擺度在旋轉機械的運作過程中屬于不可避免的現象，在水輪發電機運行的過程中若能將軸線擺度控制在正常的范圍內能保證水輪機的正常運行，但水輪發電機軸線擺度一旦超出正常范圍、出現異常增大現象將會造成嚴重后果，主要表現為：a.水輪發電機軸線擺度增大將會導致水輪機的零部件或焊縫部位出現疲勞，導致裂縫擴大的現象或零部件斷裂的現象出現[2]；b.水輪發電機軸線擺度增大會讓水輪發電機的機組連接部位出現不同程度的松動現象，讓各轉動部件及靜止部件之間產生較大的摩擦力，甚至出現掃膛損壞的現象；c.水輪發電機軸線擺度增大會引起尾水管出現低頻壓力脈動現象，導致尾水管壁出現裂縫現象，當發電機、電力系統與其頻率的自振頻率相接近時，會產生共振現象，引起機組出力大幅度波動現象，最終導致機組從電力系統中解列，危及廠房及水工建筑物的后果。

2 水輪發電機軸線擺度的原因及擺度增大的原因

2.1 水輪發電機軸線擺度的原因

水輪發電機軸系產生擺度的原因較多，主要是由于軸線與鏡板摩擦面不垂直、軸線與旋轉中心線發生中心偏移導致的擺度現象，若鏡板摩擦面與整個軸線出現不垂直的現象，當軸線回轉時軸線一定會偏離理論回轉中心線；若鏡板摩擦面與其附近的一段軸時垂直，與下一段軸連接時，由于法蘭面與軸線的不垂直而出現軸線曲折的現象，當軸線旋轉時，便從折彎處形成錐形擺度圓，從而產生擺度；若整體軸線與鏡板摩擦面追至，而整體軸線偏離理論旋轉中心線，當軸線旋轉時，依然會形成擺度圓[3]；在進行軸線調整時應考慮對軸線進行整體位移，對軸線擺度進行校正，對于軸線微量折彎的現象產生的擺度偏離，在軸線連軸結構允許的情況下可以利用這種方式校正軸線擺度。

2.2 水輪發電機軸線擺度增大的原因

水輪發電機產生振動主要是由于轉動部分不平衡力導致的，主要是由于機組轉動部分質量不均衡引起的慣性力、摩擦力及其它作用力導致的振動現象，由于流道內動水壓力變化引起的振動現象，由于發電機電氣部分電磁力引起的振動現象等，這些是導致水輪發電機軸線擺度增大的主要原因。

2.2.1 機械原因導致的擺度增大

（1）機械因素-設計及加工中的原因

在對水輪發電機進行設計的過程中機組整體支撐結構剛度較小，制造加工過程中的主軸加工精度、整體轉動部分動平衡校核失準等，這些問題的出現會直接導致機組在運行過程中出現擺度增大的現象。

（2）機械原因-安裝及運行中的原因

在對水輪發電機進行安裝檢修的過程中，發電機軸與水輪機軸的聯接質量、各部分導軸承間隙與安裝質量、軸線的對中質量等均屬于影響水輪發電機擺度增大的主要原因；在安裝及檢修的過程中，由于推力頭中心線與大軸中心線重合，絕緣墊厚薄程度不一，導致軸線墊歪的現象，最終導致擺度增大現象；由于絕緣墊厚薄相等，推力頭中心線與軸心線屬于傾斜的，新機組安裝時導致套歪的原因是由于軸與孔加工時殘留的橢圓度、平面等對中線的非垂直度等因素導致的，原先使用的老機組推力頭由于多次檢修時的套入及撥出等導致磨損及拉毛的現象，在套歪后極易導致擺動現象[4]。

（3）機械原因-軸線的原因

水輪發電機軸線主要通過調節推力瓦及鏡板之間的絕緣墊調整軸承的擺度，機組從穩定的、安全的運行狀態轉變為擺度增大的現象可能是由于絕緣墊墊的不平穩的現象，長期運行導致高點形變引起軸線不正，導致擺度增大的現象。

（4）機械因素-動不平衡力的原因

由于水力作用較大，動不平衡力加劇，導致擺度增大的現象，導致這種現象主要是由于旋轉體不平衡或軸承間隙過大的現象導致的，推力頭與主軸之間可能存在超標間隙或者卡環不合格的現象，導致運行中的推力頭擺動，旋轉體隨之擺動，導致擺度增大的現象。推力頭套入時，在進行推力頭套入的過程中由于熱裝切向鍵，導致推力頭冷卻收縮出現不均勻的現象，推力頭內徑變大，導致主軸與下端面出現接觸不良的現象，推力頭內孔下配合面發現存在生銹的現象，推力頭與主軸配合間隙達到0.1毫米，且分布在整個圓周之上，由于推力頭受到不穩定力的作用，導致間隙增大，擺度增大。

2.2.2 電磁原因導致的擺度增大

導致水輪發電機軸線擺度出現增大的主要電磁原因為：電磁相見不平衡、磁極松動、空氣間隙分布不均等導致的，一般這種情況下檢測發現勵磁機空氣間隙嚴重超聲正常水平的標準。因此，勵磁機空氣間隙分布不均是導致軸線擺度增大的原因。

2.2.3 由于動態運行軸線不穩定導致的軸線擺度增大

由于機組動態運行軸線的不穩定性引起機組各部位出現振動及擺度增大的現象，機組上下導的擺度出現大小不穩定的現象，同一工況下的上機架振動隨著擺度的變化而出現不穩定的變化，主要是由于機組動態運行軸線不穩定的現象導致的。在機組運行狀態出現加勵磁、開機、停機及甩負荷時、水輪機渦帶對機組各部位影響較為顯著時，發電機轉子受到不穩定的徑向力作用，導致大軸旋轉中心方向出現變化，一旦機組軸線處于最佳狀態時各導軸承擺度、發電機空氣的間隙及水輪機換間隙均將處于最完美的位置；降低了機組各導軸承擺度，電磁力導致的機組上機架的振動幅度降低，相反則會增加機組部位的振動及擺度。當水輪發電機軸線處于非最佳的狀態時上導擺度增大，電氣不平衡力隨之增大，導致上導軸承瓦受力增加，而導軸承能夠承受的力是有限的，在經常性受到徑向力時上導軸承瓦間隙會出現不同程度的增大，此時相應的上導擺度也會出現增大，上導瓦運行狀況將日漸惡化。

2.2.4 水力原因導致的擺度增大因素

水輪發電機轉輪承受著水流巨大的動能，當水力出現不平衡狀態時，流入轉輪的水流失去軸對稱，導致水力不平衡的橫向力出現，最終導致轉輪振動及擺度，主要是由于過流通道部隊稱導致的，或者由于存在氣蝕現象引起的振動及擺度有上游水位較低，下游尾水管空腔氣蝕或尾水管淹沒深度不夠，而真空沖擊較大，極易導致機組的損傷現象，伴隨著強烈的金屬打擊聲、雷鳴聲等噪音，產生強烈的振動現象導致機組的運行出現異常[5]。

3 水輪發電機軸線擺度增大的處理措施

3.1 相應的檢查及維護

首先應進行外觀上的檢查，在安裝的過程中檢查外觀的基礎板、連接螺栓、地腳螺栓等焊接完成，觀察組合面合縫是否正常，一旦發現異常情況立即進行處理及解決。電子平衡檢查，主要包括檢查轉子與發電機空氣之間的間隙及定子與發電機空氣之間的間隙，通過對定子線棒外觀的檢查，將定子部分線棒短路引起的磁拉力不平衡導致機組擺度增大。

3.2 對水輪發電機軸線擺度增大現象進行處理

針對大軸垂直度、水輪機、發電機同心度、鏡板與大軸垂直度等進行檢測，通過分析盤車的數據，利用刮墊的方式對上導進行處理，控制墊子的厚度。水輪發電機的擺度發生屬于一個由量變至質變的過程，在運行過程中機組更為顯著，因此，平時應做好機組運行及維護工作，應熟悉機組的工作運行狀態及實際的原理，對機組的特性進行掌握，加強日常維護，將事故及故障的隱患控制在萌芽狀態。

4 結束語

近年來的水電機組機械振動及擺度測量一直處于指針式的百分表測量的水平，隨著科學技術的不斷發展，對水電機組產生的擺度測量進行計算機實時監測及分析的條件日漸成熟，水電發電機組的振動及擺度是機械、電氣及流體的耦合振動，將這種水輪發電機的軸線擺度增大的現象控制在正常水平，一旦出現擺度增大的現象應立即采用相應的檢查方式針對擺度增大的現象進行檢查后，確定導致軸線擺度增大的原因，實施針對性的處理促使進行解決，將水輪發電機軸線擺度控制在正常水平，保證水輪發電機的正常及安全運行。

[1] 高宗華, 李好山, 孫起東, 等. 水輪發電機組上導擺度增大處理[J]. 中國新通信, 2015, 12(15): 126-126.

[2] 趙海軍, 王新洪. 懸式水輪發電機組軸線調整研究[J]. 大電機技術, 2014, 05(4): 30-34.

[3] 李偉, 張坤祥, 趙兵, 等. 水輪發電機組鏡板水平與軸線擺度同步調整方法的探討[J]. 水電站機電技術, 2017, 40(2): 15-17+25.

[4] 李熠, 劉燦學. 三峽特大型水輪發電機組總裝調整技術[J]. 電工文摘, 2010, 37(1): 6-9.

[5] 徐林, 張本堅. 瀘定水電站水輪發電機組軸線調整[J]. 科技風, 2011, 26(24): 109-111.

Analysis on the Cause of Increasing Axial Pendulum of Hydrogenerator

QU Jianguo*

(China Power Investment Lanzhou New Area Thermal Power Branch, Gansu Lanzhou, 730050, China)

Hydroelectric generator mainly refers to a generator that converts water energy into electric energy with turbine as prime mover. When water flows through turbine, water can be converted into mechanical energy. The turbine shaft drives the rotor of generator , The mechanical energy into electrical energy for output, hydropower generators to help the production of electric power is the most important power equipment. During the operation of the hydro-generator, the axial swing of the hydro-generator is one of the important parameters to judge the turbine condition. The swing of the hydro-generator axis will increase abnormally. This phenomenon is serious Which is related to the normal operation and working efficiency of the hydro-generator. In order to analyze the relevant reasons and solve the countermeasure of the increase of the axial swing of the hydro-generator, the author analyzes the relevant aspects of the hydro-generator.

hydro-generator; axis ferry increase; cause; countermeasures

瞿吉國. 水輪發電機軸線擺度增大的原因分析[J]. 數碼設計, 2017, 6(5): 38-39.

QU Jianguo. Analysis on the Cause of Increasing Axial Pendulum of Hydrogenerator[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 38-39.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.015

TV738

A

1672-9129(2017)05-0038-02

2017-02-01；

2017-02-26。

瞿吉國（1965.09），男，甘肅永靖，工程師，本科，研究方向：水輪機穩定運行。E-mail: 2209282216@qq.com