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浅谈某水库电站#3水轮发电机组振动的原因及处理

发表时间：2020/5/9 来源：《电力设备》2020年第2期作者：李如钢

[导读] 摘要：机组振动状况是能否保证水轮发电机组长期持续稳定、安全运行的重要技术指标，水轮发电机组的振动，如果超过允许标准时，将造成水轮发电机组螺栓松动、焊缝开裂等现象，严重时会造成主轴疲劳破坏等，危及机组的安全稳定运行。

        (华自科技股份有限公司湖南长沙 410006)
        摘要：机组振动状况是能否保证水轮发电机组长期持续稳定、安全运行的重要技术指标，水轮发电机组的振动，如果超过允许标准时，将造成水轮发电机组螺栓松动、焊缝开裂等现象，严重时会造成主轴疲劳破坏等，危及机组的安全稳定运行。
        关键词：机组检查、检测、调整处理。
        一、引言
        贵州某水库水电站#3水轮发电机组，于2007年9月建成投产运行，其水轮机型号为HL220—WJ—71，发电机为卧式三相同步发电机，其型号为SF800—10/1430，额定容量为0.8MW，额定转速为600r/min,额定水头34m，额定流量2.9m3/s，具有自激并励可控硅静止励磁系统和全封闭双路径向自循环空气冷却系统。经过几年的运行后，于2011年4月进行了一次A级检修工作，#3水轮发电机组年运行时间短，利用率低。该机组主要是供火电（4×600MW）机组冷却水和水库水电#1、#2（2×6MW）机组满负荷运行后，利用雨季时洪水水库溢水的情况下发电，其余时段每周定期启动运转一次。几年来随着运行时间的增长，机组的振动也随至变大;轴瓦温度逐渐升高，空载开机启动开度也不断增大，停机过程中速度下降迅速，制动时间逐渐缩短。发展到已经不能正常启动运行。
        二、机组现状检查
        1、机组结构图

        1-尾水管；2-真空表；3-蜗壳；4-活动导叶；5-转轮；6-主轴密封装置；7-径向推力轴承；8-推力盘；9-飞轮；10-制动器；11-径向轴承；12-联轴节；13-排水阀；14-导叶臂；15-控制环；16-轴承座板；17-冷却器；
        2、根据该机组所出现的振动、瓦温偏高的问题，为解决恢复机组正常运行，满足汛期发电需要。我们公司接管该水库电站运维后，首先对3号机组进行了尾水弯管拆卸检查，检测转轮与止漏环的运行间隙，机组转轮中心向蜗壳-Y与-X间45度方向偏移，转轮下环与蜗壳止漏环靠死（0.02mm塞尺不能通过），对侧为1.35mm,+Y方向为1.00mm，-Y方向为0.3mm,+X方向为1.15mm,-X方向为0.3mm,使机组转动部分发生机械摩擦,不能自由转动。
        3、根据转轮间隙检测结果，进一步对机组进行拆卸推力轴承径向瓦及发电机径向轴承检查。检测出原推力径向瓦间隙为1.5mm，电机径向瓦间隙为1.46mm，小推力盘间隙为0.55mm。推力径向瓦和径向瓦间隙都调整偏大，不符合GB/T 8564-2003水轮发电机安装技术规范和生产发电设备厂家技术要求。推力瓦有拉伤痕迹，推力轴承轴颈有拉伤痕迹。
        4、主轴与推力轴承座端盖间隙检查、检测，主轴与推力轴承座端盖-X方向靠死，0.02mm塞尺不能通过。推力轴承径向瓦、发电机径向轴承端盖均有直接摩擦痕迹，小推力盘摩擦发热变色。
        5、主轴的水平度和高度检查、检测，用框式水平仪检测主轴轴颈水平，电机侧偏高，蜗壳侧偏低0.3mm。
        6、推力轴承轴瓦检查、检测，推力瓦与调整螺丝之间抗磨垫未安装，推力瓦受力不均匀等。
        7、转轮拆卸后盘车检测转动部分轴线，检测结果与检测转轮间隙偏差相吻合。
        8、蜗壳垂直度检查
        蜗壳的垂直度直接影响到机组轴线的水平以及转轮与固定止漏环的同心性。在蜗壳定位完成后，在固定蜗壳的过程中用方形水平仪直接靠在蜗壳的加工面上进行测量，严格控制蜗壳垂直度。考虑到安装尾水管可能把蜗壳拉斜，建议将蜗壳向顶盖方向倾斜0.05～0.1mm/m。
        9、转轮尺寸检查
        转轮是水轮机的核心，水轮机的水力性能、振动、空化主要取决于转轮的性能，在水轮机安装过程中，安装人员在施工现场根据现有条件对转轮主要检查内容包括：转轮上冠与下环的外圆直径和圆度、转轮叶片均匀度、转轮上冠与下环的间距。
        10、冷却器检查
        拆卸冷却器检查；发现冷却器后盖错位60度,导致冷却效果降低，也是轴瓦温度升高原因之一。
        三、原因分析
        1、贵州某水库电站3#水轮发电机组的主要问题，是安装出现漏项，未按机组设计要求装配。在新机组安装时，没有对照图纸进行装配，拆卸检查时发现，推力瓦与调节螺丝之间的抗磨垫未安装，使用机组在长期运行过程中，由于水推力的作用，推力瓦背与调节螺栓产生挤压，推力瓦背强度不够，导致推力瓦背被挤压变形，引起推力瓦间隙发生变化，推力瓦受力出现不均匀。机组轴线产生机械中心位移，机组转动与固定部分，水轮机转轮的上冠与止漏环，下环与蜗壳底环发生金属摩擦。导致机组振动，轴瓦受力不均。
        2、安装施工时，施工单位和监理单位，对安装质量把关不严，定位销与定位孔配合间隙过大，当机组振动后，造成轴承座位移。加大轴线偏移，扩大故障事态。
        3、轴承座与基础版连接螺栓紧固不牢，在机组运行过程中，随着机组振动加剧，造成轴承座位移。使主轴轴线不断增加偏移量。从而使机组转动部分与固定部分摩擦，使机组振动加剧。
        4、前后轴承座水平偏差，导致机组轴线水平偏差太大，转轮下部运行间隙偏小。当推力径向下瓦磨损后，使转动部分中心下移。导致转动部分与固定部分机械摩擦，产生振动。
        三、处理结果
        1、根据机组轴线水平测量检查结果，将前轴承座加垫0.5mm调整机组水平轴线。用方框水平仪检测主轴水平，使机组转动部分轴线达到0.03mm/m以内。盘车检查轴颈处双福摆度不大于0.03mm。符合水轮发电机安装规范要求。
        2、将推力轴承座由-X向+X方向位移0.3mm，盘车检测X方向无偏差，y方向+Y方向间隙大0.16mm。用塞尺检测转轮下环与蜗壳止漏环的间隙四周均匀一致，使转动部分与止漏环间隙在平均间隙的±10%范围内。符合水轮发电机安装规范要求。
        3、按设计规定要求安装推力瓦背抗磨垫，增加推力瓦背与调节螺丝的抗耐磨能力，使机组在运行过程中，推力瓦间隙保持不变。保证机组的安全稳定运行。
        4、盘车研刮推力瓦，调整推力瓦受力，保证各推力瓦块受力均匀，主轴及推力盘在旋转时，不发生轴向串动，使推力盘串动不大于0.02mm。满足GB/T 8564-2003 水轮发电机安装技术规范要求。
        5、径向瓦研刮，保证下瓦70°范围内接触均匀，达到每平方厘米2-3点的技术要求。降低径向瓦运行温度。满足GB/T 8564-2003 水轮发电机安装技术规范要求。
        6、推力径向瓦和径向瓦间隙调整，按照GB/T 8564-2003 水轮发电机安装技术规范和设备厂家说明书要求，将其间隙调整为0.4mm。
        7、调整推力油罩刮油块与推力盘的间隙，将原来油罩与推力盘8mm间隙，调整到2.5mm。提高了推力盘上油量。使进入径向瓦的润滑油量得以增大和加快，加快了径向瓦润滑油的循环速度，推力瓦和径向瓦温度得到有效控制，保证了轴瓦温度在规范允许范围内长期稳定运行。
        8、机组回装调整好后，重新配钻推力轴承座与机组基础板的定位销，保证机组在运行过程中不发生横向中心位移，消除机组转动部分与固定部分的机械摩擦，解决了机组振动的问题。
        9、将冷却器后盖，按厂家图纸安装正确，使冷却效果达到设计要求。
        四、试运行检验
        经过空载及带负荷72小时试运行检验，推力轴承座径向振动为0.04mm。机组运行工况稳定，满负荷运行条件下推力瓦温度40℃，推力组合轴承径向瓦温度40℃，发电机径向瓦温度42℃，机组各项技术指标符合GB/T 8564-2003 水轮发电机安装技术规范要求。
        五、水轮发电机安装质量与标准（GB/T 8564-2003 ）如下：
        1、机组轴线的平面位置误差不大于5mm。
        2、机组轴线安装高程误差0--+8mm。
        3、机组轴线水平误差不大于0.06-0.1mm/m。
        4、机组推力轴承座与电机轴承座的同轴度误差，不得大于0.1mm。
        5、机组轴承座的水平度误差，轴线方向不大于0.1mm/m，横轴方向不大于0.2mm/m。
        6、径向瓦研刮，保证下瓦70°范围内接触均匀，每平方厘米2-3点。
        7、推力瓦研刮及受力调整，保证推力盘旋转时跳动不大于0.02mm。
        六、结束语
        通过对该水库电站3#机组的拆卸检查、检测，分析及其处理，机组部件制造、安装质量的优劣，直接影响着水轮发电机组的安全稳定运行。所以在机组部件制造、装配及安装的过程中的质量检查、检测、检验以及施工过程中的监管，应严格控制安装过程中的机组安装高程、水平、中心及轴线调整等，这些重要工序，是确保水轮发电机组建成投产后长期安全稳定运行的重要措施，必须加强对水轮发电机制造及安装过程中进行有效的质量监管和检查，提高作业人员职业技能及职业素养，保证不出现类似重大人为安装质量缺陷。
        参考文献：
        [1]林业键.浅谈水轮发电机组的安装质量控制措施.基层建设,2016,（2）
        [2]张宜芳.水轮发电机电安装问题研究.建筑工程技术与设计,2015,（26）
        [3]邓小林.浅谈水电站水轮发电机安装技术[J]. 建筑工程技术与设计,2014,(17)