水輪發(fā)電機組動不平衡問題分析及處理

朱輝輝

（云南電力技術(shù)有限責(zé)任公司，云南 昆明650051）

1 概述

某水電站生態(tài)機組的單機容量為20MW，發(fā)電機型號為SF20-18/4250，水輪機型式為HLA743-LJ-200，機組額定轉(zhuǎn)速為333r/min，機組的安裝方式為上導(dǎo)軸承支架固定在基坑基礎(chǔ)上的懸式機組。在機組首次啟動后的空轉(zhuǎn)工況時下導(dǎo)X方向擺度430μm，下導(dǎo)Y方向擺度426μm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)程GB/T32584-2016《水力發(fā)電廠和蓄能泵站機組機械振動的評定》對于上部軸承支架固定在基坑基礎(chǔ)上的懸式機組驅(qū)動端軸承擺度不超過180μm的要求[1]。

2 問題分析

為分析判斷并消除下導(dǎo)擺度超標(biāo)的原因，確保機組的安全運行，主要進(jìn)行變轉(zhuǎn)速試驗，所以首先進(jìn)行了變轉(zhuǎn)速試驗。試驗分別在機組50%額定轉(zhuǎn)速、100%額定轉(zhuǎn)速下進(jìn)行機組振動、擺度測試，針對振擺數(shù)據(jù)規(guī)律進(jìn)行分析并給出解決下導(dǎo)擺度超標(biāo)的方法。試驗中用5個振動傳感器分別測量上機架X向水平/垂直振動、下機架X向水平/垂直振動、頂蓋X向水平振動[2]；同時用3個電渦流位移傳感器測量上導(dǎo)X向擺度、下導(dǎo)X/Y向擺度。機組手動開機后在50%額定轉(zhuǎn)速、100%額定轉(zhuǎn)速時的下導(dǎo)擺度原始數(shù)據(jù)見表1。

從表1 50%額定轉(zhuǎn)速和100%額定轉(zhuǎn)速2個工況下的下導(dǎo)擺度測試數(shù)據(jù)可以看出，隨著機組轉(zhuǎn)速倍數(shù)增加，下導(dǎo)擺度值也呈現(xiàn)出倍數(shù)增加的現(xiàn)象，并且下導(dǎo)擺度值增加的趨勢與機組轉(zhuǎn)速的平方有明顯的線性關(guān)系，即下導(dǎo)擺度值由50%額定轉(zhuǎn)速的129μm增加到100%額定轉(zhuǎn)速的430μm，2個工況下的下導(dǎo)擺度值接近4倍的關(guān)系，與機組2倍轉(zhuǎn)速的平方基本吻合，基本符合機組動不平衡的特征，表明機組轉(zhuǎn)動部分存在動不平衡的問題。同時監(jiān)測發(fā)現(xiàn)其他部位的振動、擺度數(shù)據(jù)均在規(guī)程要求范圍以內(nèi)，故其余部位的振擺數(shù)據(jù)不再一一列舉。

表1 故障處理前數(shù)據(jù)對比

從圖1至圖3可以明顯的看出在空轉(zhuǎn)工況，下導(dǎo)擺度的主要頻率幅值是以轉(zhuǎn)頻為主，同時50%額定轉(zhuǎn)速和100%額定轉(zhuǎn)速2個工況下的軸心軌跡發(fā)生了明顯的擴張現(xiàn)象，軸心軌跡隨著轉(zhuǎn)速的增加而擴散，表明下導(dǎo)軸承瓦與下導(dǎo)軸頸之間存在受力配合不均勻的可能性，而且這種可能性比較大。

圖1 下導(dǎo)擺度在50%轉(zhuǎn)速下的軸心軌跡

圖2 下導(dǎo)擺度在空轉(zhuǎn)下的軸心軌跡

圖3 下導(dǎo)擺度在空轉(zhuǎn)下的頻譜分析

為了進(jìn)一步驗證下導(dǎo)軸承瓦與下導(dǎo)軸頸之間存在受力配合不均勻的問題，經(jīng)過各方面溝通，進(jìn)行機組軸瓦瓦溫考驗試驗，在新機投產(chǎn)或機組大修后，瓦溫考驗一般進(jìn)行3～4h，最終決定進(jìn)行4h的瓦溫考驗。

經(jīng)過4h的瓦溫考驗后，從生態(tài)機組現(xiàn)地LCU柜模擬量軸承瓦溫可以看出，上導(dǎo)瓦（8塊巴氏合金塊瓦）、水導(dǎo)瓦（2塊巴氏合金筒瓦）、推力瓦（8塊氟塑料瓦）的瓦溫都在正常范圍值之內(nèi)，而下導(dǎo)瓦（8塊巴氏合金塊瓦）最高瓦溫3號瓦為59℃（報警瓦溫為65℃），最低瓦溫6號瓦為40℃，兩者溫差為19℃。

綜合上述機組呈現(xiàn)出的特征規(guī)律，初步確認(rèn)，下導(dǎo)軸承瓦與下導(dǎo)軸頸的受力配合不均勻和轉(zhuǎn)動部分動不平衡是導(dǎo)致下導(dǎo)擺度值偏大的原因之一。經(jīng)過分析認(rèn)為：第1步先通過下導(dǎo)軸瓦與下導(dǎo)軸頸間隙的調(diào)整，解決下導(dǎo)軸承瓦與下導(dǎo)軸頸的受力配合不均勻的問題；第2步解決機組動不平衡問題。

3 解決過程

3.1 軸瓦間隙調(diào)整

通過下導(dǎo)軸瓦與下導(dǎo)軸頸間隙的調(diào)整后，再一次進(jìn)行了軸承瓦溫考驗試驗，下導(dǎo)軸瓦瓦溫以及下導(dǎo)擺度見表2和表3。

表2 下導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整以及瓦溫變化情況

表3 下導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整后擺度數(shù)據(jù)

3.2 配重過程

水力機組現(xiàn)場動平衡一般根據(jù)上機架和下機架的振動情況選擇在發(fā)電機轉(zhuǎn)子上下端面進(jìn)行配重，加重位置可以由幅值相位法確定。此次生態(tài)機組上機架和下機架的振動不大，所以本次現(xiàn)場動平衡是根據(jù)下導(dǎo)擺度情況進(jìn)行配重，加重位置也是由下導(dǎo)幅值相位法確定。

試加重塊的計算方法為：

計算公式：P=（5～40）G/n2×r

其中：P-試加重量（kg）；

G-轉(zhuǎn)子重量（kg）；

n-機組轉(zhuǎn)速（r/min）；

r-試加重半徑（m）。

由公式計算可知：P=4.5～35.5kg

根據(jù)表1和表3數(shù)據(jù)分析并結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在轉(zhuǎn)子下端面沿鍵相位置逆時針旋轉(zhuǎn)約160°位置加重27.6kg。加配重后再次手動開機至空轉(zhuǎn)，機組下導(dǎo)擺度情況如表4所示。

表4 配重后下導(dǎo)擺度數(shù)據(jù)

某水電廠4號生態(tài)機組經(jīng)過軸瓦間隙調(diào)整和配重有效解決了下導(dǎo)擺度超標(biāo)的問題。

4 結(jié)束語

通過測試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確分析確認(rèn)下導(dǎo)擺度偏大的原因，針對性的調(diào)整下導(dǎo)軸瓦與軸頸之間的間隙，并通過尋找失重角的方法進(jìn)行配重試驗，一次性有效解決了下導(dǎo)擺度偏大的問題，為以后處理水輪發(fā)電機組下導(dǎo)擺度偏大的問題提供了很好的實例。