水電廠下機(jī)架振動(dòng)管理論文

1、水電廠下機(jī)架振動(dòng)管理論文 1電廠概況 蘆下壩水電廠位于福建省永定縣永定河段仙師鄉(xiāng)境內(nèi)，系一引水式電站，兩臺(tái)機(jī)組采取單元供水。壩址以上集雨面積1050km2，電站最大水頭69.3m，最小水頭55.2m，設(shè)計(jì)水頭68.5m，設(shè)計(jì)流13m3/s，裝機(jī)容量26500kW。水輪機(jī)型號(hào)HL702-LJ-140,調(diào)速器型號(hào)CT-40，發(fā)電機(jī)型號(hào)SF6500-16/3300，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速375r/min，電站兩臺(tái)機(jī)組分別于1973年9月、1974年9月投產(chǎn)發(fā)電。運(yùn)行近15年后，又于1988年4月、1989年1月對(duì)1號(hào)、2號(hào)發(fā)電機(jī)進(jìn)行了增容改造，改造后的發(fā)電機(jī)型號(hào)為SF8750-16/3300。 2下機(jī)架振動(dòng)特

2、征 1998年9月，在巡視過程中發(fā)現(xiàn)1號(hào)機(jī)上機(jī)架振動(dòng)較明顯，特別是水平振動(dòng)幅度較大(水平1.8mm，垂直0.2mm)，但尚未伴生上導(dǎo)瓦溫及推力瓦溫的明顯變化。停機(jī)檢查上機(jī)架各連接部位及定子基礎(chǔ)，并未發(fā)現(xiàn)松動(dòng)。后檢查上、下機(jī)架及各部軸承，發(fā)現(xiàn)下機(jī)架基礎(chǔ)螺栓的二期混凝土有較明顯的裂紋和一、二期松脫現(xiàn)象(見圖1)，但機(jī)架和基礎(chǔ)螺栓連接的螺母沒有松動(dòng)。開機(jī)運(yùn)行觀察，發(fā)現(xiàn)下機(jī)架呈規(guī)律性較強(qiáng)的徑向擺動(dòng)(篩狀擺動(dòng))，且擺動(dòng)幅度基本不隨負(fù)荷變化而變化。電廠運(yùn)行部門用4臺(tái)2t千斤頂把下機(jī)架的4只機(jī)腳頂在機(jī)墩邊壁上(徑向固定下機(jī)架)，如圖2所示，開機(jī)運(yùn)行發(fā)現(xiàn)下機(jī)架的振動(dòng)消失了，上機(jī)架的振動(dòng)也隨之停止。 3下機(jī)架振

3、動(dòng)原因分析 電廠自投產(chǎn)和增容改造后已穩(wěn)定運(yùn)行了20多年的時(shí)間，水機(jī)和電機(jī)因制造過程中的動(dòng)靜不平衡而產(chǎn)生的振動(dòng)、機(jī)組的水力振動(dòng)、電機(jī)電氣振動(dòng)等原因而誘發(fā)的振動(dòng)將伴隨著機(jī)組的運(yùn)行而存在并具有一定的規(guī)律性，根據(jù)電廠長期的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)分析，上述振動(dòng)都不存在。1號(hào)機(jī)1995年12月大修至1998年9月也穩(wěn)定運(yùn)行了幾年時(shí)間，不存在大修過程中因安裝質(zhì)量而引起振動(dòng)的因素。據(jù)現(xiàn)場觀察分析，下機(jī)架基礎(chǔ)螺栓二期混凝土的裂紋和一、二期混凝土的松脫是造成下機(jī)架振動(dòng)的最主要原因。 對(duì)于懸式發(fā)電機(jī)而言，下機(jī)架基礎(chǔ)受力相對(duì)較小，下機(jī)架基礎(chǔ)松動(dòng)引起的振動(dòng)很少發(fā)生。作用在下機(jī)架基礎(chǔ)上的垂直力有：下機(jī)架自重及頂轉(zhuǎn)子力。切向力有：機(jī)組停

4、機(jī)時(shí)的制動(dòng)力。徑向力有：主軸弓狀回旋時(shí)對(duì)下機(jī)架導(dǎo)軸瓦生產(chǎn)的離心力，此力通過軸瓦調(diào)整螺釘傳到了下機(jī)架。經(jīng)計(jì)算，作用的基礎(chǔ)上的垂直力及水平力(包括徑向力、切向力)均較小，不足以直接破壞基礎(chǔ)螺栓二期混凝土和機(jī)墩混凝土。從現(xiàn)場觀察，機(jī)墩也未產(chǎn)生裂縫，且未發(fā)現(xiàn)機(jī)墩導(dǎo)常振動(dòng)。那么造成下機(jī)架基礎(chǔ)螺栓二期混凝土裂紋和松脫的主要原因是什么呢？筆者認(rèn)為長期運(yùn)行中的水平重復(fù)短期荷載的突然增大是造成基礎(chǔ)螺栓二期混凝土疲勞破壞的最主要原因。其破壞過程可以分為三個(gè)階段：第一階段是在二期混凝土澆搗初期，因基礎(chǔ)螺栓二期混凝土平面尺寸較小，僅為15cm15cm，二期混凝土上部預(yù)埋40cm60cm的鋼墊板，造成二期混凝土不易振搗

5、，內(nèi)部缺陷較多，同時(shí)墊板下部也不易養(yǎng)護(hù)，使得混凝土硬化過程中干縮變形加劇，混凝土表面裂隙較發(fā)育(原設(shè)計(jì)未對(duì)二期混凝土提出特殊要求)。第二階段從1973年9月機(jī)組投產(chǎn)至1988年4月，機(jī)組在長達(dá)15年的穩(wěn)定運(yùn)行中，二期混凝土一直重復(fù)受到較小的荷載，使混凝土的疲勞強(qiáng)度明顯降低。由于應(yīng)力集中也滋生了新的裂隙，使裂隙穩(wěn)定發(fā)展。第三階段從機(jī)組增容改造后至1997年9月，因增容后的機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比原來相應(yīng)增大30%，使下機(jī)架所受的水平力（切向力、徑向力）也比原來增大了。突然增大的水平力使混凝土局部應(yīng)力達(dá)到或超過混凝土疲勞強(qiáng)度，二期混凝土內(nèi)部原有的穩(wěn)定(假塑性變形)被破壞，混凝土內(nèi)部出現(xiàn)不穩(wěn)定的裂隙擴(kuò)展，有些

6、裂隙迅速擴(kuò)張，直至貫穿，同時(shí)表面也可見明顯裂紋，最終導(dǎo)致二期混凝土(包括基礎(chǔ)螺栓及基礎(chǔ)板)松脫，從而使下機(jī)架在主軸弓狀回旋徑向力作用下產(chǎn)生規(guī)律性較強(qiáng)的振動(dòng)。當(dāng)千斤頂頂住下機(jī)架4只機(jī)腳后(徑向固定下機(jī)架)，下機(jī)架的振動(dòng)消失，上機(jī)架的振動(dòng)也由于下導(dǎo)軸瓦對(duì)主軸的徑向約束恢復(fù)而停止。 4結(jié)語 混凝土在短期荷載作用下的變形和破壞與其內(nèi)部裂縫的生產(chǎn)、擴(kuò)展是緊密聯(lián)系的，下機(jī)架基礎(chǔ)二期混凝土雖然受力較小，但由于所受重復(fù)荷載次數(shù)高(頻率等于機(jī)組轉(zhuǎn)速)，在長達(dá)數(shù)億次的重復(fù)荷載后，混凝土疲勞強(qiáng)度明顯降低。機(jī)組增容后水平力(包括徑向力、切向力)的增大，使混凝土內(nèi)部應(yīng)力達(dá)到或超過(0.50.7)RP(RP為疲勞強(qiáng)度)，隨著重復(fù)次數(shù)的進(jìn)一步增加，塑性變形加劇，最終導(dǎo)致疲勞破壞。 增容改造是充分挖掘現(xiàn)有設(shè)備潛力、增進(jìn)電廠效益的有效渠道。在增容改造過程中，諸如水機(jī)和電氣的參數(shù)因直接與經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)，考慮往往會(huì)比較全面，而許多相對(duì)隱蔽的、未直接產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的項(xiàng)目往往容易被疏忽