水輪發(fā)電機組動不平衡問題分析及處理

朱輝輝

（云南電力技術有限責任公司，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，機組額定轉速為333r/min，機組的安裝方式為上導軸承支架固定在基坑基礎上的懸式機組。在機組首次啟動后的空轉工況時下導X方向擺度430μm，下導Y方向擺度426μm，遠遠超出了規(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上的懸式機組驅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擺度超標的原因，確保機組的安全運行，主要進行變轉速試驗，所以首先進行了變轉速試驗。試驗分別在機組50%額定轉速、100%額定轉速下進行機組振動、擺度測試，針對振擺數據規(guī)律進行分析并給出解決下導擺度超標的方法。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X向擺度、下導X/Y向擺度。機組手動開機后在50%額定轉速、100%額定轉速時的下導擺度原始數據見表1。

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

表1 故障處理前數據對比

從圖1至圖3可以明顯的看出在空轉工況，下導擺度的主要頻率幅值是以轉頻為主，同時50%額定轉速和100%額定轉速2個工況下的軸心軌跡發(fā)生了明顯的擴張現象，軸心軌跡隨著轉速的增加而擴散，表明下導軸承瓦與下導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 下導擺度在50%轉速下的軸心軌跡

圖2 下導擺度在空轉下的軸心軌跡

圖3 下導擺度在空轉下的頻譜分析

為了進一步驗證下導軸承瓦與下導軸頸之間存在受力配合不均勻的問題，經過各方面溝通，進行機組軸瓦瓦溫考驗試驗，在新機投產或機組大修后，瓦溫考驗一般進行3～4h，最終決定進行4h的瓦溫考驗。

經過4h的瓦溫考驗后，從生態(tài)機組現地LCU柜模擬量軸承瓦溫可以看出，上導瓦（8塊巴氏合金塊瓦）、水導瓦（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，而下導瓦（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℃。

綜合上述機組呈現出的特征規(guī)律，初步確認，下導軸承瓦與下導軸頸的受力配合不均勻和轉動部分動不平衡是導致下導擺度值偏大的原因之一。經過分析認為：第1步先通過下導軸瓦與下導軸頸間隙的調整，解決下導軸承瓦與下導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 軸瓦間隙調整

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

表2 下導軸瓦間隙調整以及瓦溫變化情況

表3 下導軸瓦間隙調整后擺度數據

3.2 配重過程

水力機組現場動平衡一般根據上機架和下機架的振動情況選擇在發(fā)電機轉子上下端面進行配重，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，所以本次現場動平衡是根據下導擺度情況進行配重，加重位置也是由下導幅值相位法確定。

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-轉子重量（kg）；

n-機組轉速（r/min）；

r-試加重半徑（m）。

由公式計算可知：P=4.5～35.5kg

根據表1和表3數據分析并結合現場實際情況，在轉子下端面沿鍵相位置逆時針旋轉約160°位置加重27.6kg。加配重后再次手動開機至空轉，機組下導擺度情況如表4所示。

表4 配重后下導擺度數據

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

4 結束語

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