杜 寧，李采文

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試期間振動(dòng)問題的分析

杜 寧，李采文

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

水輪發(fā)電機(jī)組自身運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性，對(duì)整個(gè)水電站的生產(chǎn)活動(dòng)有著十分重要的影響。如何確保水輪發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行始終都是水電站重點(diǎn)研究的內(nèi)容所在。而振動(dòng)作為水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中最為常見也最為主要的故障問題，如何采取合理的措施解決故障問題，亦成為進(jìn)一步提高水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效率與運(yùn)行壽命的關(guān)鍵。

水輪發(fā)電機(jī)組；調(diào)試期間；振動(dòng)問題

在一定程度上，水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)與擺度這一動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)直接代表了水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行安全性與穩(wěn)定性。而水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性又直接影響著整個(gè)水電站的生產(chǎn)活動(dòng)。所以，進(jìn)一步確保水輪發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，有效解決水輪發(fā)電機(jī)組在調(diào)試運(yùn)行期間最為常見的振動(dòng)故障問題具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。筆者以某水電站的實(shí)際數(shù)據(jù)為例，對(duì)水電站水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障原因進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的解決對(duì)策，以期為不斷提高水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行效率提供有益的幫助。

1 水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試期間振動(dòng)故障的成因

通過不完全數(shù)據(jù)調(diào)查分析，我們可以清楚的看到振動(dòng)故障是水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試期間最為常見，發(fā)生頻率最高的一類故障問題，可以說該故障的出現(xiàn)會(huì)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行造成巨大的影響。要想進(jìn)一步確保水輪發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行就必須有效解決振動(dòng)故障。因此，筆者就引發(fā)水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試期間出現(xiàn)振動(dòng)故障問題的原因展開探討，以期更好的找到解決對(duì)策，優(yōu)化處理方案。

（1）因機(jī)械原因造成的振動(dòng)故障問題。所謂的機(jī)械原因?qū)嵸|(zhì)上就是指機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的質(zhì)量出現(xiàn)不平衡，其具體表現(xiàn)為機(jī)組振幅會(huì)隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速變化而相應(yīng)的發(fā)生變化。用公式：Y=f（W）表示可知，W與Y成正比關(guān)系，W升高Y也會(huì)隨著增大，反之亦然。此外，因機(jī)組軸承間隙較大，主軸過細(xì)，主軸剛度較低，水輪發(fā)電機(jī)組的緊固零部件松動(dòng)，發(fā)電機(jī)組中心不對(duì)準(zhǔn)等問題都會(huì)引發(fā)振動(dòng)故障。

（2）因電磁原因造成的振動(dòng)故障問題。水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分受到不平衡磁拉力影響，而發(fā)生機(jī)組振動(dòng)故障問題。通常情況下，隨著勵(lì)磁電流的增大水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)情況也會(huì)相應(yīng)的增大，振動(dòng)最為明顯的位置為上機(jī)架。此外，如若沒有固定好定子繞組，那么在較高的電氣負(fù)荷與電磁負(fù)荷影響下，定子繞組與水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組就會(huì)發(fā)生振動(dòng)問題，且伴隨著轉(zhuǎn)速的不斷加快，振動(dòng)問題也越發(fā)明顯。

（3）因水力原因造成的振動(dòng)故障問題。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)的進(jìn)水流道如蝸殼中有不均勻流場，就會(huì)產(chǎn)生漩渦從而進(jìn)入到轉(zhuǎn)輪機(jī)之中，引發(fā)水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)，且振動(dòng)故障會(huì)隨著發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況的變化相應(yīng)的發(fā)生變換，這種情況常見于高比速軸流式水輪發(fā)電機(jī)組。可以用公式：f=nZ2/60表示，公式中：Z2為轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)目；n為水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)速。此外，因?qū)~不均勻而產(chǎn)生的水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問題多發(fā)生在低比速水輪發(fā)電機(jī)組中，尤其是因?yàn)樗啓C(jī)轉(zhuǎn)輪與導(dǎo)葉所處位置較近，所以，導(dǎo)葉中的不均勻水速也會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生較大的影響。

2 水輪發(fā)電機(jī)調(diào)試期間振動(dòng)故障的解決

以某個(gè)水電站的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組為例，對(duì)其調(diào)試期間所發(fā)生的振動(dòng)故障問題展開探討，提出具體的解決對(duì)策。

立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，型號(hào)：HLA743-LT-200。配以SF35-18/5070型發(fā)電機(jī)，額定轉(zhuǎn)速：333.3 r/min。

在首次啟動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組的過程中，轉(zhuǎn)速尚未到達(dá)250 r/min以前，機(jī)組的整體振動(dòng)情況較好，各導(dǎo)軸承的擺度均小于100 μm且實(shí)際振動(dòng)小于30 μm。但當(dāng)轉(zhuǎn)速到達(dá)250 r/min時(shí)，上機(jī)架X向的振動(dòng)和下導(dǎo)擺度隨著轉(zhuǎn)速的不斷升高，出現(xiàn)直線爬升現(xiàn)象，如表1所示。

表1 擺度、振動(dòng)數(shù)據(jù) 單位：μm

通過對(duì)表1中的數(shù)據(jù)分析，可以清楚的看到，在定速的初期階段，上導(dǎo)擺度和水導(dǎo)擺度都是比較小的，且振動(dòng)狀態(tài)也沒有發(fā)生什么異常問題。而在定速過程中各軸承擺度均出現(xiàn)了一定程度的爬升，其中下導(dǎo)擺度的變化較為明顯，已經(jīng)逐漸爬升到了該機(jī)組下導(dǎo)擺度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的225 μm，上機(jī)架X向的振動(dòng)也已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了該機(jī)組振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的70 μm，且存在著繼續(xù)爬升的現(xiàn)象。此外，該水輪發(fā)電機(jī)組還存在著水導(dǎo)擺度的同頻幅度與工頻幅度之間差值較大的振動(dòng)異常現(xiàn)象，可以說這種情況不僅不利于水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，也給水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了巨大的隱患。

通過對(duì)頻譜的分析可以清楚的知道，以工頻分量為主體的上導(dǎo)擺度和下導(dǎo)擺度，相應(yīng)的其他頻率分量是十分小的，所以也進(jìn)一步證明了該水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)生了普通的強(qiáng)迫振動(dòng)，同時(shí)結(jié)合安裝水輪發(fā)電機(jī)組的相應(yīng)資料可以看到，各導(dǎo)軸承的間隙也都控制在廠家規(guī)定的出廠標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，因此軸承間隙不合理，發(fā)電機(jī)上導(dǎo)軸承與下導(dǎo)軸承之間失去穩(wěn)定，軸瓦的勁力不足這幾個(gè)影響因素可以被切實(shí)排除在外。而當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速低于100 r/mim時(shí)，因?yàn)楦鲗?dǎo)軸承的擺度均在50 μm以內(nèi)，也進(jìn)一步排除了由于水輪發(fā)電機(jī)組軸系不正而引發(fā)振動(dòng)問題的可能性。所以，結(jié)合水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)問題實(shí)際發(fā)生在安裝調(diào)試這一時(shí)間之內(nèi)，判斷引發(fā)振動(dòng)故障的主要原因，是因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。

針對(duì)引發(fā)振動(dòng)故障的實(shí)際情況，要想在有限的調(diào)試時(shí)間之內(nèi)切實(shí)完成對(duì)振動(dòng)故障問題的排除工作，可以采取以下兩種方案予以解決，即在施工現(xiàn)場對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施動(dòng)平衡處理，對(duì)導(dǎo)油盆的密封間隙進(jìn)行放大。首先，從對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子實(shí)施動(dòng)平衡的角度入手可以發(fā)現(xiàn)，會(huì)很大程度的降低上機(jī)架的振動(dòng)，因此在上機(jī)架的振動(dòng)問題處理上并不會(huì)單獨(dú)再采取處理手段。如若我們以在定速初期時(shí)各導(dǎo)軸承的實(shí)際擺度數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進(jìn)行首次加重方案計(jì)算，則P=32kg∠60°。將導(dǎo)油盆的密封間隙放大以后則可以對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組實(shí)施2次啟動(dòng)，發(fā)現(xiàn)在定速過程中的各導(dǎo)軸承擺度的工頻幅值與相位均未發(fā)生明顯的變化，但是不穩(wěn)定的振動(dòng)問題確實(shí)得到了較好的處理。此外，因?yàn)樵诙ㄋ龠^程中，各導(dǎo)軸承擺度并不是位于標(biāo)準(zhǔn)范圍之內(nèi)，因此還應(yīng)該對(duì)各導(dǎo)軸承進(jìn)行相應(yīng)的過速試驗(yàn)，在過速試驗(yàn)過程中，下導(dǎo)擺度的最大值已經(jīng)達(dá)到了540 μm，上機(jī)架X向值則已經(jīng)達(dá)到了180 μm以上。而正是因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子存在著一定的質(zhì)量不平衡問題，所以，結(jié)合對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的證明分析，可以斷定致使過速試驗(yàn)過程中下導(dǎo)擺度在500 μm以上的根本原因就是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。因此，筆者對(duì)水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡處理后，各導(dǎo)軸承的振動(dòng)問題與擺度問題均得到了較為明顯的改善，下導(dǎo)擺度降低到100 μm以內(nèi)，上機(jī)架X向振動(dòng)則達(dá)到20 μm以內(nèi)，切實(shí)達(dá)到了預(yù)期的配重效果。

3 結(jié)束語

因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)組本身運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性直接決定了水電站的生產(chǎn)活動(dòng)效率，所以，如何確保水輪發(fā)電機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行始終都是水電站研究的重點(diǎn)內(nèi)容所在。尤其是針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試運(yùn)行過程中常常出現(xiàn)的振動(dòng)故障問題，更是現(xiàn)如今水電站在運(yùn)行維護(hù)管理過程中的重點(diǎn)、難點(diǎn)所在。要想有效解決這一問題就必須清楚的了解引發(fā)振動(dòng)故障的原因，并針對(duì)實(shí)際原因采取有效的解決對(duì)策，才能確保水輪發(fā)電機(jī)組的安全性與穩(wěn)定性，更好的服務(wù)于水電站的生產(chǎn)活動(dòng)。

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[2]伍威.水輪發(fā)電機(jī)組調(diào)試期間振動(dòng)故障處理分析[J].科技展望，2016（01）.

TK730.7

B

1672-5387（2017）10-0046-02

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.016

2017-07-21

杜 寧（1970-），男，高級(jí)技師，從事水利水電機(jī)電設(shè)備制作、安裝工作。