新疆某水電站1號機組振動分析與處理

王魯軍

（湖南云箭集團有限公司，湖南 長沙401000）

1 概述

新疆某水電站為引水式電站，位于新疆大吉爾尕朗河中下游，是該流域水電梯級規劃的第三級，引水渠起點接上游電站尾水。該電站設計水頭133.68m，設計發電流量63.37m3/s,總裝機容量72MW。裝設2臺單機容量28MW和1臺單機容量16MW的混流式水輪發電機組。

該水電站1號機組的水輪機型號為HLJF1803-LJ-155，水輪發電機型號為SF16-12/3100，立軸懸式，額定容量為16MW，額定轉速為500r/min。1號機組試運行期間發現運行異常，機組擺度偏大，機架水平振動超標。

2 異常情況及危害

1號機組在試運行期間發現機組振動值偏大，站在上機架上導軸承座處能感到晃動，振動、擺度的相關實測數據如表1。

表1 試運行期間測量數據 單位：mm

根據GB/T7894-2009《水輪發電機基本技術條件》規定：立式水輪發電機組帶軸承支架的水平振動允許值為0.05mm（額定轉速位于375～750r/min之間）；根據GB/T8564-2003《水輪發電機組安裝技術規范》規定：機組軸線絕對擺度允許值為軸承間隙的75%。從表1可以看出，機組上導軸承水平振動偏大、大軸擺度偏大，垂直振動滿足要求；下導軸承水平振動略微偏大，大軸擺度偏大，垂直振動滿足要求；水導軸承處的軸承支架水平振動、垂直振動、大軸擺度均滿足要求。

水輪發電機組的振動問題嚴重威脅著機組的安全穩定運行，影響著設備的使用壽命和電網的穩定性運行。振動超標容易造成連接部件松動，引起零部件或焊縫疲勞，甚至引起大軸的彎曲變形，引起轉動件與靜止件之間的摩擦，因此，必須將機組振動、擺度值控制在規范允許的范圍內。

3 原因分析及處理

引起機組振動的原因有多方面的，主要是從機械不平衡、電氣不平衡、水力不平衡3方面進行分析，例如：轉子的安裝工藝、轉子圓度、空氣氣隙均勻度、導瓦間隙等。根據以上數據分析，發現機組的擺度值變化較大，與機組盤車時的數據偏差較大，且機組是運行一段時間后，振動、擺度各項數據發生變化，且導瓦溫度較低，初步判斷1號機組振動過大的原因是由于導軸承支柱螺栓未鎖緊，造成松動，導致間隙變大引起的，但也不排除發電機組偏心、緊固件松動、千斤頂未鎖緊等原因。由于檢查軸承間隙需要拆除部分零部件，故先針對可能原因進行了外部檢查，例如間隙的檢查、固件的檢查、千斤頂的檢查等。

在相關檢修處理后，機組的振動、擺度值無明顯變化。故決定對機組的軸承間隙進行檢查。拆除端罩、上導軸承蓋后，通過塞尺檢測，發現上導軸承間隙增大，雙邊總間隙最大值達到了0.81mm，此數值已大大超出了安裝時的上導間隙。現場安裝人員將軸承拆下，認真檢查了支柱螺釘、瓦背、抗重塊等部件，發現若干抗重塊未突出瓦座，致使支柱螺釘與抗重塊在安裝過程中未接觸，導致后期隨著機組運行，軸瓦的間隙增大；在對下導軸承進行檢查的過程中，發現了同樣的問題。于是我們對機組導軸承的支撐進行了修復，確保不會再次因為運行的原因導致軸承間隙的過度增大。

軸瓦間隙調整并鎖緊后，將機組回裝并運行，測得相關數據如表2。

表2 軸瓦調整后測量數據 單位：mm

從表2可以看出，上導、下導、水導的振動值均有不同幅度的降低，有了一定效果，但是上導水平振動在滿負荷情況下為0.06mm，仍未達到規范規定的0.05mm的允許值范圍內，隨著機組運行時間的增加，導瓦間隙不可避免的會發生一定的變化，水平振動將會逐漸增大。同時軸瓦間隙調整后，雖然導瓦溫度有所上升，但仍不超過45℃，且推力瓦的溫度基本無變化，軸瓦溫度均符合規范的要求，說明軸瓦的間隙調整是滿足要求的，機組軸線的擺度也有一定降低，說明機組的軸線也符合要求。由于機組試運行前振動數值等均符合國家標準，故未進行動平衡試驗，考慮到轉子動不平衡的可能性也是存在的。因此，與業主及安裝單位討論協商后，決定進行動平衡試驗。

4 動平衡試驗

動平衡試驗是通過用一試加重塊，臨時固定于轉子磁軛的某一位置，并測振動值的大小，從而求出原有不平衡力的大小及方位，然后在它的對稱位置配加重塊，以抵消原有的不平衡力，達到減小振動的目的。

電站機組雖然配備有振擺系統，但其未含動平衡試驗模塊，由于條件有限，故采用了傳統的“三次試加重平衡法”（見圖1）。采用該平衡法時，首先應確定試加重量的大小。試加重量經驗公式如下：

式中：G-轉子總重量（kg）；nN-發電機的額定轉速（r/min）；R0-試加重塊的固定半徑（m）。

式中系數，對低速發電機取下限，高速發電機取上限。

根據公式計算出1號機組試加重塊的重量為：

P0=25×52450/（500×500×0.72）=7.3kg

圖1 三次試加重平衡法示意圖

試加重量的確定，應保證動平衡試驗的精度，同時又要避免發生振動值過大，故決定選擇試重塊重量為6.7kg，即P0為6.7kg。起動機組3次，依次將同一試加重塊P0放在相同半徑R0處，且相隔120°的ABC等分點處，并在額定轉速下分別測出上導的水平振動值。

第一次加試重塊，在機組額定轉速的情況下，測得上導水平振動值為u1=0.05mm，第二次測得u2=0.11mm，第三次測得u3=0.07mm。未加試重塊時的振動值u0=0.06mm。

根據“五圓作圖法”的計算程序，將以上數據輸入，計算出應加配重塊重量為11.6kg，角度為u1偏u343°。根據現場實際情況，在配重時對配重塊重量進行適當修正，取9kg，角度不變。將配重塊加裝后，重新啟動機組至額定轉速，測得相關數據如表3。

表3 動平衡試驗后測量數據 單位：mm

從表3可以看出，上導、下導、水導的振動值均有不同幅度的降低，且均符合國家標準的相關要求，這次動平衡試驗雖然方法較傳統，效率沒有先進儀器的高，但從結果上看，本次試驗是比較成功的，取得了非常好的效果。

5 結語

在電站實際投運中，尤其對于高速機組，其振動一般不可能是由單一的一個因素所引起的。在分析相關原因時需結合實際運行狀況，多方面考慮，才能較好的解決相關問題。該電站1號機組通過軸瓦間隙的調整、動平衡試驗，使其振動、擺度達到了最佳運行狀態，徹底解決了機組振動、擺度偏大的問題。