李恩

摘要：經(jīng)濟(jì)在快速的發(fā)展，社會(huì)在不斷的進(jìn)步，機(jī)組振動(dòng)將會(huì)對(duì)水輪發(fā)電站運(yùn)行造成嚴(yán)重的危害，其不僅會(huì)對(duì)發(fā)電機(jī)組的工作效率造成影響，同時(shí)也會(huì)影響整個(gè)機(jī)組的安全運(yùn)轉(zhuǎn)?；诖耍疚膹乃娬舅啺l(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)的主要因素出發(fā)，并探討通過(guò)采用避震運(yùn)行措施、及時(shí)對(duì)尾水管補(bǔ)氣以及加強(qiáng)對(duì)軸承進(jìn)行維護(hù)等方法，借助水電站發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題解決措施的應(yīng)用，以期為提高水電站發(fā)電質(zhì)量提供幫助。

關(guān)鍵詞：水電站；水輪發(fā)電機(jī)；機(jī)組振動(dòng)；氣蝕

引言

水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組在工作中振動(dòng)不僅會(huì)對(duì)某些部件造成彈性形變或塑性形變，從而使部件出現(xiàn)裂紋、斷裂等現(xiàn)象，還會(huì)造成發(fā)電機(jī)組部件之間的連接部件出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，縮短各部件的使用壽命，因此為了有效提高發(fā)電機(jī)機(jī)組的工作效率和各部件的使用年限，相關(guān)工作人員需要不斷改進(jìn)發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題的處理方法。

1概述

某水電站，電站單機(jī)容量50MW，總裝機(jī)容量150MW，為和田地區(qū)最大水電站，水輪發(fā)電機(jī)組由福建南電公司制造，水輪機(jī)為立軸混流式，發(fā)電機(jī)為立軸懸式同步發(fā)電機(jī)。水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分總重約140t，額定轉(zhuǎn)速為428.6r/min。3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組自啟動(dòng)以來(lái)振動(dòng)值均超標(biāo)，通過(guò)分析，確認(rèn)機(jī)組振動(dòng)原因主要由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)協(xié)商決定由我項(xiàng)目部對(duì)其進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。

2水電站水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題的處理措施分析

2.1采用避震運(yùn)行措施

為了有效避免出現(xiàn)發(fā)電機(jī)組振動(dòng)，在安裝發(fā)電機(jī)組時(shí)需要盡量避開各臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)和空蝕范圍，以壩卡河電站為例，具體措施為以下幾點(diǎn)：首先，由于一級(jí)電站主要將灌溉與發(fā)電相結(jié)合，因此其特點(diǎn)為水頭和流量變幅比較大，最高水頭能夠達(dá)到（417米），而最低水頭為12m，電站設(shè)計(jì)流量為2.5m3/s，水渠道全長(zhǎng)5km，內(nèi)管直徑為0.774～0.85m。其中水輪機(jī)單機(jī)出力為3400kW，型號(hào)CJ461-W115/1×13沖擊式水輪組，其中發(fā)電機(jī)單機(jī)出力為3200kW。沖擊式機(jī)組具有水頭高、壓力大一級(jí)用水量少的特點(diǎn)，在灌溉過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)高水頭，在此過(guò)程中工作人員需要以減小汽蝕和降低振動(dòng)為主；其次，由于水輪機(jī)噴針開度達(dá)到一定程度后，射水線的不均勻與偏移，從而造成機(jī)組振動(dòng)。

2.2水力方面引起機(jī)組振動(dòng)的原因及特點(diǎn)

①水輪機(jī)進(jìn)水流道蝸殼、導(dǎo)葉中的不均勻流場(chǎng)均會(huì)產(chǎn)生旋渦，形成渦帶進(jìn)入轉(zhuǎn)輪引起機(jī)組振動(dòng)，其主要特征為振動(dòng)隨機(jī)組運(yùn)行工況變化而變化，且時(shí)而明顯，時(shí)而消失。②由轉(zhuǎn)輪葉片尾部的卡門渦列所誘發(fā)的機(jī)組振動(dòng)，因卡門渦列的形成與流體速度和繞流體尾部的斷面形狀和尺寸有關(guān)，所以該振動(dòng)特征為振幅隨過(guò)機(jī)流量增加而明顯增大，③因水輪機(jī)偏離設(shè)計(jì)工況較遠(yuǎn)，尤其在低水頭、低負(fù)荷運(yùn)動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)輪出口產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)水流，形成偏心渦帶，使在尾水管中產(chǎn)生壓力脈動(dòng)并誘發(fā)機(jī)組振動(dòng)。其振動(dòng)特點(diǎn)為：振動(dòng)強(qiáng)弱與水輪機(jī)的運(yùn)行工況關(guān)系較密切，某些區(qū)域振動(dòng)強(qiáng)烈，某些區(qū)域振動(dòng)又明顯減小，甚至恢復(fù)正常。④高水頭混流式水輪機(jī)因止漏環(huán)結(jié)構(gòu)型式和間隙組合不當(dāng)及運(yùn)行間隙不均勻引起水壓力脈動(dòng)誘發(fā)的機(jī)組振動(dòng)，該振動(dòng)特征為：振動(dòng)擺度及壓力脈動(dòng)幅值，均隨機(jī)組負(fù)荷和過(guò)機(jī)流量的增加而明顯增大。

2.3注意對(duì)過(guò)流部件的維修

水利發(fā)電機(jī)機(jī)組在工作中，水流通過(guò)壓力管噴嘴的射流作用，最終激發(fā)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。在此過(guò)程中維護(hù)人員需要對(duì)噴針開度、出水流量等進(jìn)行檢查，避免轉(zhuǎn)輪因?yàn)樯渌€偏移失去軸對(duì)稱而產(chǎn)生橫向力，造成轉(zhuǎn)輪振動(dòng)。同時(shí)維護(hù)人員還需要加強(qiáng)對(duì)噴針、噴嘴以及轉(zhuǎn)輪等進(jìn)行檢查，避免當(dāng)水流的射流線偏移造成巨大的軸向串動(dòng)，從而引起振動(dòng)，引起水輪機(jī)出現(xiàn)疲勞或斷裂。除此之外，還需要對(duì)水流通過(guò)水輪機(jī)時(shí)的間隙射流等進(jìn)行控制，維修人員還需要加強(qiáng)對(duì)發(fā)電機(jī)組各部件之間的檢查工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，并進(jìn)行處理，將問(wèn)題消滅與萌芽之中。與此同時(shí)，水電站還需要定期組織設(shè)備維修人員進(jìn)行維修和檢查工作學(xué)習(xí)，以此提高自身專業(yè)素質(zhì)，在遇見一些問(wèn)題時(shí)能夠及時(shí)作出正確的處理，有效降低水電站因?yàn)樵O(shè)備問(wèn)題而造成的損失，在培訓(xùn)和學(xué)習(xí)過(guò)程中要重點(diǎn)學(xué)習(xí)水電站水輪機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題的分析和處理，從而降低機(jī)組振動(dòng)對(duì)水電站發(fā)電造成的影響。在對(duì)水電站水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組進(jìn)行檢修過(guò)程中，維護(hù)人員需要重點(diǎn)對(duì)過(guò)流部件進(jìn)行檢修，注意調(diào)節(jié)噴針間隙的大小均勻，以轉(zhuǎn)輪水斗表面粗糙度等，改善噴針、噴嘴分布不均勻現(xiàn)象，從而有效降低壓力脈沖。在對(duì)轉(zhuǎn)輪汽蝕補(bǔ)焊修復(fù)過(guò)程中需要加強(qiáng)射水中心線的控制、粗糙度等進(jìn)行控制，最終達(dá)到減小振動(dòng)的效果。

2.4振動(dòng)試驗(yàn)

某水電站3臺(tái)機(jī)組自啟動(dòng)以來(lái)均存在振動(dòng)超標(biāo)現(xiàn)象，為了找出產(chǎn)生振動(dòng)的原因，分別對(duì)3臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了振動(dòng)試驗(yàn)。通過(guò)對(duì)3臺(tái)機(jī)組在不同轉(zhuǎn)速和工況下機(jī)組振動(dòng)值的測(cè)量發(fā)現(xiàn)：①頂蓋和水導(dǎo)油盆振動(dòng)值均非常小且各種工況下振動(dòng)值基本無(wú)變化；②振動(dòng)值偏大部位在上機(jī)架，并且在機(jī)組70%額定轉(zhuǎn)速以下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)振動(dòng)值偏小且隨著轉(zhuǎn)速上升振動(dòng)值上升并不明顯，但從70%額定轉(zhuǎn)速上升至額定轉(zhuǎn)速過(guò)程中振動(dòng)值呈現(xiàn)上升趨勢(shì)且變化特別明顯；機(jī)組由空轉(zhuǎn)態(tài)轉(zhuǎn)為空載態(tài)穩(wěn)定后振動(dòng)值基本無(wú)變化；機(jī)組依次帶1萬(wàn)負(fù)荷、2萬(wàn)負(fù)荷、3萬(wàn)負(fù)荷、4萬(wàn)負(fù)荷、5萬(wàn)負(fù)荷且在各負(fù)荷穩(wěn)定情況下對(duì)上機(jī)架振動(dòng)值進(jìn)行測(cè)量，振動(dòng)值與空轉(zhuǎn)和空載態(tài)時(shí)無(wú)明顯變化；③各種工況下的振動(dòng)值不隨時(shí)間的變化而變化；④整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程未發(fā)現(xiàn)有金屬撞擊聲；⑤各振動(dòng)部位測(cè)量數(shù)據(jù)水平振動(dòng)比垂直振動(dòng)幅值均偏大。根據(jù)機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，判斷機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)的主要原因是由于轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量不平衡引起，決定對(duì)3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)。

2.5機(jī)械方面引起機(jī)組振動(dòng)的原因及特點(diǎn)

①因機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量不平衡引起的機(jī)組振動(dòng)，其主要特征為機(jī)組振幅隨機(jī)組轉(zhuǎn)速變化較敏感，其振幅一般與轉(zhuǎn)速的二次方成正比，且水平振動(dòng)較大；②機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件相碰（或摩擦）所引起的機(jī)組振動(dòng)，其特征為一般振動(dòng)較強(qiáng)烈，并常常伴有撞擊聲響；③因軸承間隙過(guò)大、主軸過(guò)細(xì)、軸的剛度不夠所引起的振動(dòng)，其特征為機(jī)組振幅隨機(jī)組負(fù)荷變化較明顯；④因機(jī)組軸線曲折、緊固零部件松動(dòng)、機(jī)組對(duì)中心不準(zhǔn)、推力軸承調(diào)整不良所引起的機(jī)組振動(dòng)，其特征為機(jī)組在低轉(zhuǎn)速運(yùn)行時(shí)，機(jī)組便有明顯振動(dòng)。

2.6加強(qiáng)對(duì)軸承進(jìn)行維護(hù)

第一，定期檢查水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組軸線對(duì)正情況，同時(shí)將主軸旋轉(zhuǎn)中心線調(diào)至機(jī)組中心線上，如果在檢查中發(fā)現(xiàn)軸線與機(jī)組中心線出現(xiàn)偏差較大時(shí)，則會(huì)對(duì)機(jī)組的安全與穩(wěn)定造成影響，因此維護(hù)人員需要及時(shí)進(jìn)行檢查和維護(hù)；第二，維護(hù)人員在調(diào)整推力瓦受力過(guò)程中，需要將轉(zhuǎn)輪位于轉(zhuǎn)輪室中心，同時(shí)保證各推力瓦受力均勻，從而有效提高發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性；第三，維護(hù)人員在調(diào)整軸承間隙值過(guò)程中，需要保證電機(jī)軸、導(dǎo)軸承軸頸、集電環(huán)等符合要求，并在檢修過(guò)程中需要按時(shí)進(jìn)行軸承檢測(cè)，若出現(xiàn)異?，F(xiàn)象則需要及時(shí)進(jìn)行有效處理，避免因?yàn)橥屏S、導(dǎo)軸承等存在缺陷而造成機(jī)組振動(dòng)增加，影響發(fā)電機(jī)機(jī)組正常運(yùn)行。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了有效降低水電站水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象，工作人員需要加強(qiáng)對(duì)各部件進(jìn)行定期檢修，保障其正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)對(duì)上文分析可得，在降低發(fā)電機(jī)組振動(dòng)中需要注重水輪機(jī)噴針開度設(shè)置、推力軸檢修以及噴針射水線和轉(zhuǎn)輪中心線的分布和表面粗糙度檢查降低氣蝕；因此水電站水輪機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題處理方法，能夠充分應(yīng)用到水電站維護(hù)中來(lái)。

參考文獻(xiàn)

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（作者單位：國(guó)網(wǎng)四川省電力公司映秀灣水力發(fā)電總廠）