懸吊式發電機組下導擺度增大原因分析

楊應武（阿壩水電開發有限公司，四川成都610041）

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懸吊式發電機組下導擺度增大原因分析

楊應武
（阿壩水電開發有限公司，四川成都610041）

摘要：懸吊式發電機組推力軸承與主軸采用間隙裝配，使整個轉動部分懸吊，有利于機組自垂直以及軸線的調整，因而得到廣泛應用。本文對某電站懸吊式發電機組下導擺度增大的原因進行了分析和探討，也為同行提供了參考。

關鍵詞：發電機組；下導擺度；增大原因

1前言

懸吊式發電機組推力軸承與主軸采用間隙裝配，使整個轉動部分懸吊，有利于機組自垂直以及軸線的調整，因而得到廣泛應用。目前這種結構廣泛應用于大中型混流式、軸流轉漿式水輪發電機組中。但在實際的應用過程中，此結構形式的發電機組下導或上導擺度常出現偏大現象，而且不易找出原因。筆者以某水電站1號懸吊式發電機組為例，對下導擺度偏大原因進行分析和探討，并提出了排查方法，以供同行借鑒。

2機組概況

2.1主要技術特性

某電站安裝3×40 MW混流式水輪發電機組，發電機為懸吊式。機組軸瓦由上導、下導、水導以及推力瓦組成。其中，推力瓦為塑料分塊瓦，其余為巴氏合金分塊瓦。

水輪機主要特性參數：

型號：HLA722-LJ-332

額定水頭：58.5 m

最大水頭：76.3 m

最小水頭：55.7 m

額定流量：77.94 m3/s

額定出力：41.24 MW

額定轉速：187.5 r/min

發電機主要特性參數：

型號：SF40-32/6500

額定功率：40 MW

額定電壓：10.5 kV

額定電流：2 587.5 A

飛輪力矩（GD2）：≥3 000 t×m2

推力軸承負荷：4.4 MN

型式：懸式

2.2機組運行情況

1號機組2008年12月并網發電。2012年5月完成首次A級檢修，A修前共運行20 949 h，備用8 979 h。A修完成后至今共運行18 517 h，備用9 971 h。

3機組檢修后的現象

3.1機組修前修后以及3臺機組等負荷下技術數據

（1）機組檢修前后數據，見表1。

表1　72 h試運行后數據

（2）電站3臺機組等負荷下振動擺度對比（有功40 MW），見表2。

表2　振動、擺度對比

根據振動擺度及瓦溫修前修后數據以及等負荷下3臺機組振動及擺度數據的對比，1號機組在修后下導擺度增大，機組振動略大于其余2臺機組，特別是頂蓋排水管振動，1號機組遠大于2號機組。水車室及尾水錐管噪音大于其余2臺機組。機組運行1個月后，頂蓋排水管全部開始破裂，有一根甚至斷落。

3.2 1號機組A級檢修主要缺陷處理

（1）頂蓋排水管的更換。機組檢修時發現六支機組頂蓋排水管不同程度均出現氣蝕現象，其中有4根氣蝕深度已經穿透管壁。根據氣蝕程度，檢修單位將其全部割除，采用不銹鋼無縫鋼管，焊接和處理均在安裝間進行。

（2）轉輪泵板的修復。水輪機轉輪拆除后，發現轉輪葉片泵焊縫及本體開裂。經與廠家協調，召開專題分析會議，分析其產生原因為：

①焊縫裂紋為疲勞開裂，上冠內側和外側的剛度不一，變形量不一樣，以及水力振動等因素，造成產生的應力從最薄弱的位置即Q235-A與焊縫融合處開裂。

②本體開裂是由于焊縫出現開裂后，由于交變應力的作用泵板本體出現開裂。

處理方式：現場修復方式。

3.3缺陷處理對機組振擺度的影響

（1）頂蓋排水管更換為不銹鋼管，但其管徑與布置方式均未進行變動。變動后其運行方式和狀態應恢復到原設計圖紙。因此，頂蓋排水管處理不影響振擺增大；

（2）葉片泵的修復采用現場修復方式，即將原焊縫清根后重新補焊，泵板本體開裂的部位進行打磨，將裂紋處拋開進行修復焊接。焊接完成后對焊縫進行修磨，因此不存在由于焊接原因造成轉輪不平衡的現象。

根據上述分析，機械部分的缺陷處理不存在影響機組振動或擺度增大。

4機組擺度、振動增大的幾種情況分析

4.1瓦間隙分配

根據1號機組A修數據，機組上導、下導、水導間隙分配分別為：0.24 mm、0.24 mm、0.26 mm。除上導外，間隙調整均按機組擺度進行分配的。因此，從分配數據上分析，下導擺度比修前增大不屬于間隙分配造成的，水車室振動及噪音也應與此無關。

4.2油質劣化造成機組擺度變化

機組檢修時，將機組油槽油全部排除并進行了過濾，過濾后經專業檢測單位進行了檢測，油質合格后方進行注油。

4.3機組轉動部分與固定部分摩擦造成擺度變化

機組檢修完成后對各部件進行了檢測，均符合要求，在機組初次開機時，當大軸旋轉后進行了全面檢查，無異常情況。如若固定部分與轉動部分摩擦，則機組在升速過程中，機組的擺度有明顯的跳變，并且機組水導及上導擺度也會隨之變化。

4.4下機架基礎原因

下機架基礎的位移或是基礎不牢固將會影響下導軸承及水導軸承的擺度，但機組修前擺度滿足要求，說明不存在下機架基礎變化的原因。

4.5機組軸線調整不滿足要求

機組轉動部分的軸線質量的好壞，對整個機組擺度及振動有重要的影響。軸線問題主要體現在：

（1）3部導瓦的軸領是否在同一直軸線上；

（2）旋轉中心是否與軸線重合；

（3）鏡板與軸線是否垂直。

表3　機組軸線調整數據

根據A修軸線調整數據（見表3），下導與水導最大相對擺度分別為：0.017 mm/m、0.027 mm/m，均滿足規程規范要求。根據百分表讀數其擺度曲線如圖1、圖2：

圖1　下導盤車軸線

圖2　水導盤車軸線

由擺度數值及曲線可知，軸線在規范范圍內，但正弦曲線存在不規整現象。盤車時，大軸垂直度滿足要求，機組處于自由狀態，分析主要原因為鏡板跳動產生的。引起鏡板跳動主要有以下3個原因：

（1）鏡板水平不符合要求；

（2）鏡板受力不均勻；

（3）鏡板自身剛度不夠。

由于機組在修前運行工況一直較好，而檢修過程中大軸垂直且鏡板水平滿足要求，據此，鏡板受力不均勻可能性比較大。由于機組轉動部分重量為140 t，而推力軸承采用塑料瓦，當推力軸承受力不均勻時，塑料瓦會及時調整受力平衡，因此，僅憑借推力瓦瓦溫來驗證鏡板受力是不準確的。

4.6機組水力因素造成擺度變化

機組在運行過程中，旋轉部分的重量以及轉輪軸向水推力經鏡板傳遞給上機架，徑向水推力及機組旋轉離心力經導軸承分別傳遞給各導軸承瓦架。因此當機組承受的水推力不平衡時，機組將會出現振動和擺度增大的現象。

（1）軸向水推力。此機組水輪機型號為HLA722C0 LJ-331，水輪機減壓裝置分別采用引水板（泵板）及頂蓋排水均壓泄水方式減壓。因此當泵引水板被破壞時，則全部依靠頂蓋排水管進行泄壓。當機組頂蓋排水管堵塞，機組引水板（泵板）向外引水能力降低，此時機組所承受軸向均壓將發生變化，機組鏡板及上機架所承受的軸向力將會增加且不均勻，此時機架擾動增大，鏡板跳動增加。同時，機組擺度、振動將會增大，嚴重時會出現尖叫聲。

1號機組在A修時，頂蓋均壓管由于氣蝕嚴重進行了更換處理，在運行1個月后出現排水管斷裂顯現，漏水嚴重。為了保證機組安全運行，采取以下方案進行了整改。項蓋排水管改造見圖3。

圖3　項蓋排水管改造示意圖

由于采取了減震措施，頂蓋排水管運行狀況得到緩解，但在上游側2、3號排水管在運行2個月后仍出現焊縫開裂現象，其余管路未出現狀況。根據理論分析及相似機組管路布置方式的對比，技改方案是可行的，其焊縫開裂漏水的管路，從前面數據可以判定，其排水管振動明顯大于2號機組，因此由于水力因素產生的后果的可能性很大。2號機組頂蓋排水管振動、噪音最小，但主軸密封漏水量最大，分析認為：2號機組頂蓋排水環管已經堵塞，或部分堵塞，1號機組頂蓋排水管個別堵塞，造成嚴重水力不平衡現象。

（2）當機組中心未滿足要求時，轉輪在止漏環處間隙不均勻，此時轉輪徑向所受水推力將出現不均勻現象。此時，機組同樣會出現擺度、振動增大，機組噪音增大的現象。

4.7電氣原因

造成機組振動及擺度大的原因主要為磁拉力不平衡造成：一是個別磁極線圈匝間短路使阻抗值不平衡；二是氣隙不均勻，有大范圍的磁極偏心。

4.8機組聯軸螺栓伸長值不滿足要求

從上端（發機軸）軸開始到水輪機轉輪，整個軸線宏觀上應為剛性軸，但微觀上有一定的柔度。如果檢修時水發聯軸螺栓、水輪機大軸法蘭聯接螺栓伸長值偏小，增大了整根軸線的柔性。在下導軸承失去應有的支撐后，下導軸頸處在外力作用下出現較大的擺度，同時造成機組振動和噪音的增加。

5排查方案及應對措施

從上述情況分析，產生機組振動、噪音、擺度增大的原因很多，但排除明顯因素后，主要原因可能為：機組軸線調整、電氣原因、水力不平衡、機組聯軸螺栓伸長值偏小。由于機組的振動會對機組產生較大損傷，長期運行甚至可能造成重要部件損害，產生較為嚴重的后果，為了確保機組安全運行，排除產生的原因更為重要，可采取的措施如下：

（1）頂機組轉子，測量上機架上拱度。

（2）機組在備用、空轉、空載、25 %負荷、50 %負荷、75 %負荷、100 %負荷下：上機架擾動、機組擺度、振動、噪音等數據測量，并與其余機組進行對比。

（3）將已有裂縫的頂蓋排水管采取水管補漏器進行臨時補漏。

（4）適當時候安排小修，將頂蓋排水管在空載情況下引致排水溝，測量機組前后振動及噪音變化。同時采用灌水方式進行排查頂蓋排水管是否被堵。

（5）測量止漏環間隙及空氣間隙，推算機組是否在中心位置，確定上下是否同心。

（6）上述措施實施后仍不能分析出原因，則在適當時候安排對機組軸線進行重新檢驗。

參考文獻：

[1]盧可正，汪俊.立式水輪發電機組振擺研究[J].四川水力發電，2009，28（Z）.

作者簡介：楊應武（1980-），男，工程師，從事水電站機械設備技術管理工作。

收稿日期：2015-08-31

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.03.015

中圖分類號：TV737

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2016）03-0051-04