萬家寨機擺度及振動偏大產(chǎn)生原因淺析

1、萬家寨 6#機擺度及振動偏大產(chǎn)生原因淺析中國水利水電第六工程局 李陽庚 概述 萬家寨電站水電六局所安裝的水輪發(fā)電機組,水輪機部分為HLS217-LJ-585 由上海希科公司制造 ,發(fā)電機為 SF180-60/12800 由哈爾濱電機廠制造 6 號機安裝完成后在試運階段和 72 小時運 行階段發(fā)現(xiàn)機組擺度和振動有不正常情況.現(xiàn)就發(fā)生的問題作一分析 ,與同行討論。萬家寨 6#機在機組帶 70%負荷時，水導(dǎo)軸承處的擺度分別為 : （mm）和（mm）超出規(guī)范及合同規(guī)定范圍。機組安裝時實測數(shù)值為：機組盤車時鏡板跳動量： 0.06mm法蘭擺度值： 0.20mm空氣間隙值：平均18.16mm （最大值最小值

2、）水輪機迷宮環(huán)間隙： 平均 3.0mm （最大最小） 上導(dǎo)瓦間隙 ：平均0.18mm （相鄰?fù)唛g隙差A(yù)）水導(dǎo)瓦間隙：平均0.38mm （最大最?。┦状卧囘\上導(dǎo)擺度為0.40mm,上機架水平振動為0.12mm,水 導(dǎo)擺度為 0.55mm。運行四小時后水導(dǎo)擺度為0.67mm （瓦溫45°）二、動平衡試驗及動態(tài)盤車 根據(jù)上導(dǎo)擺度及上機架振動偏大等現(xiàn)象, 初步判斷發(fā)電機轉(zhuǎn) 子存在不平衡。安裝單位對轉(zhuǎn)子進行了動平衡試驗,最后配重210kg。重新開機測得上機架水平振動為0.04mm，垂直振動為0.02mm,下機架垂直振動0.01mm,上導(dǎo)擺度0.15mm。由此可知轉(zhuǎn) 子動不平衡已經(jīng)消除,但水導(dǎo)擺

3、度沒有明顯變化。為了檢查軸系折線對水導(dǎo)擺度的影響, 根據(jù)制造單位提供的 推力瓦的運行性能保證,在現(xiàn)場對 6 號機進行了動盤車試驗。動盤車試驗要求在機組允許惰性停機的情況下進行， 現(xiàn)場試 驗是在手動開機，機組轉(zhuǎn)速達到 10%額定轉(zhuǎn)速時，立即關(guān)閉導(dǎo)葉， 在惰性轉(zhuǎn)速的情況對軸系各部位擺度進行動態(tài)測量， 人工讀取架 設(shè)在各部位的百分表， 萬家寨 6 號機組動態(tài)盤車共測量了 13 圈， 除最后兩圈因故規(guī)律性較差外， 其余各圈規(guī)律性均較一致。根據(jù) 測量值計算上導(dǎo)及水導(dǎo)處的相對擺度為： 上導(dǎo)處相對擺度0.015mm/m水導(dǎo)處相對擺度0.0291mm/m水導(dǎo)處的最大擺度為 0.21mm，發(fā)電機法蘭處最大擺度為

4、 0.27mm。由此可以看出，軸系折線不是造成水導(dǎo)擺度大的原因。三、各工況下機組擺度規(guī)律 空載運行：在空載無勵磁工況下，各部擺度振動基本符合規(guī)程規(guī)范要求，變速試驗時各部擺度隨機組轉(zhuǎn)速上升而變大，到 100%額定轉(zhuǎn)速時上導(dǎo)擺度達到 0.15 mm 水導(dǎo)擺度達到 0.63 mm ，空載運行時，機組一旦加勵磁，各部擺度均有明顯加大， 擺度隨勵磁電流增加而加大，空載勵磁工況下上導(dǎo)擺度基本合 格，而水導(dǎo)擺度偏大達到 0.74 mm 。并網(wǎng)運行時， 各部基本與空載運行相同，機組負荷越大擺度反而 有所減小，變負荷試驗表明機組在低負荷區(qū)（V80 MW ）擺度和振動比較明顯。四、機組振動是描述機械系統(tǒng)運動或位移

5、的量的大小。 擺度是運 行中的轉(zhuǎn)子軸線靜態(tài)變形及動態(tài)軸線偏離原平衡位置的大小。 振 幅是振動強度的標志。五、導(dǎo)致機組振動的干擾力來講不外乎機械、 水力和電磁三方面， 而機組擺度的大小與水力、機械和電磁力三者是否平衡有關(guān)聯(lián)。負荷變化導(dǎo)致垂直振幅變化（水力因素） ，擺度值隨勵磁電流 增加而變化（電磁不平衡）轉(zhuǎn)速變化與振幅變化（質(zhì)量不平衡）六、產(chǎn)生原因產(chǎn)家認為1軸系安裝時找正有問題如軸線是否有折線2.轉(zhuǎn)動部分動不平衡，如水輪機轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機轉(zhuǎn)子的不平衡（因發(fā)電機轉(zhuǎn)子質(zhì)量很大，它對擺度影響要大的多）3導(dǎo)軸承間隙大小及間隙分布均勻性影響。4發(fā)電機推力軸承彈性油箱壓縮量和塑料瓦的安裝精度及變形。筆者通過分析

6、安裝記錄和有關(guān)資料認為：1定轉(zhuǎn)子氣隙不均勻產(chǎn)生的不均勻磁拉力造成轉(zhuǎn)頻激振力六號機定子空氣間隙記錄轉(zhuǎn)子圓度（下）24681012141618AB2022242628 :30 323436AB384042444648505254AB565860ABA為空氣間隙上部值B為空氣間隙下部值六號機定子空氣間隙（上部）六號機定子空氣間隙（下部）從定子安裝空氣間隙以及定子圓度安裝記錄和轉(zhuǎn)子安裝記錄 來看其都滿足“水輪發(fā)電機安裝技術(shù)規(guī)范”許可范圍，但是從氣 隙偏差分析發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子與定子位置有偏心現(xiàn)象。 載勵磁工況下由于 偏心使動態(tài)氣隙更加不均勻因而產(chǎn)生磁拉力不平衡，導(dǎo)致機組擺度變化。2轉(zhuǎn)子中心體上下連接法蘭偏心由于

7、轉(zhuǎn)子中心體下法蘭連接方式為無止口連接因此在施工 中產(chǎn)生安裝錯位因而上下不同心約 0.15mm。3發(fā)電機下部軸與水輪機軸不同心從盤車記錄看發(fā)電機下部軸的法蘭與水輪機軸的法蘭有較大的偏差值，因此可以認為兩軸不同心約有0.10mm,偏心方向48 點因而擺度超差。4.上導(dǎo)中心與定子中心不同心5發(fā)電機推力軸承彈性油箱壓縮量以及塑料瓦安裝精度和 塑料瓦運行時產(chǎn)生變形。在彈性油箱受力調(diào)整時檢查彈性油箱壓縮量發(fā)現(xiàn)機組彈性 油箱的壓縮量值偏大，最大達到 0.47mm，平均達到0.36mm。6.轉(zhuǎn)子裝配橢圓和不平衡轉(zhuǎn)子圓度的影響造成不平衡的磁拉力，轉(zhuǎn)子圓度的偏差 所引起的氣隙偏差產(chǎn)生較大的磁拉力。通過轉(zhuǎn)子動平衡實

8、驗安裝單位加了 210kg的配重后，對 于上導(dǎo)和上機架的擺度和振動有較明顯的改善， 但是對于水導(dǎo)和 下機架沒有明顯改善.六號機水輪機止漏環(huán)間隙上部下部12 d3 d45 ”678 T7.上機架千斤頂受力狀況對機組上導(dǎo)擺度應(yīng)該有一定影響，但本機組經(jīng)過安裝和調(diào)整沒有發(fā)現(xiàn)有變化?？梢哉J為上機架千斤頂不會引起機組擺度變化。七、動態(tài)測試為了驗證各方的意見機組進行動態(tài)測試 （即機組在不加任 何制動情況下，在機組惰轉(zhuǎn)至10%額定轉(zhuǎn)速以下時，同時測量上 導(dǎo)和水導(dǎo)擺度分析機組軸線狀態(tài)。動態(tài)測試采用天津水利水電勘測設(shè)計院科研所開發(fā)的水力振動計算機分析系統(tǒng)。以pc計算機為核心配置兩塊32通道16bit 高速高精度功

9、能接口板及其相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集、處理軟件，能夠?qū)崟r提供各測點的壓力及振動波形，給出各振動測點的位移、相位、 速度、加速度曲線和數(shù)據(jù)。對軸擺度可以給出相應(yīng)的檢測端面擺 度過程曲線、軸心軌跡和軸線圖。通過分析程序給出各點振動的 頻譜圖。試驗在五個條件工況下進行：動態(tài)盤車試驗：機組惰轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速以下時，以計算機 測量系統(tǒng)對上導(dǎo)、水導(dǎo)等部位的擺度分析。變速試驗：試驗轉(zhuǎn)速分別為 20、30、47、60、78、100r/min。空載無勵磁試驗：試驗轉(zhuǎn)速100 r/min。 空載有勵磁試驗：試驗轉(zhuǎn)速100 r/min 。變負荷試驗：負荷分別為20、40、60、80、100、120、 mw （試驗水頭下最大負荷）

10、。試驗結(jié)論為：（1）各檢測部位的軸心軌跡圖和軸線圖顯示，動態(tài)盤車 時機組軸線存在折線狀回轉(zhuǎn)，偏心程度隨各檢測斷面軸面分段點不同而不同。（2）上導(dǎo)軸承、推力軸承、發(fā)電機法蘭、水輪機法蘭和 水導(dǎo)軸承處， 軸擺度隨轉(zhuǎn)速增加而增大， 轉(zhuǎn)速超過 47r/min 后軸擺 度基本不變， 并有降低趨勢，說明機組轉(zhuǎn)動部分存在一定的不平 衡力。、（ 3）在負荷 6080MW 范圍內(nèi)，各測點擺動及振動除主 頻（轉(zhuǎn)速頻率fn = Hz）夕卜，還含有明顯的低頻（fn =1/31 /5） fn = （ ）HZ 成分，是尾水管內(nèi)不穩(wěn)定的渦帶脈動引起的整個機組振 動的根源，表明機組在小于 80Mw 負荷下水輪機運行在不穩(wěn)定區(qū)

11、， 整臺機組運行伴隨一個危害較大的低頻振動， 影響機組安全穩(wěn)定 運行。（ 4） .機組在穩(wěn)定運行狀態(tài)下（ 100MW、120 MW ），水導(dǎo) 處軸心軌跡近于圓形，推力軸承處為橢圓形軸心軌跡，發(fā)電機上導(dǎo)軸承處 為三角形軸心軌跡，水導(dǎo)軸承間隙比較均勻，發(fā)電機上導(dǎo)軸承間隙需進行 調(diào)整，推力軸承彈性油箱支座需進行調(diào)整。七、我們認為檢查機組軸線問題不大， 不至于引起主軸產(chǎn)生 較大的擺度， 機組運行中擺度大主要原因是轉(zhuǎn)子動不平衡、定子 中心與水輪機止漏環(huán)中心存在錯位現(xiàn)象及水輪機大軸和發(fā)電機 大軸不同心而造成。 同時我們認為對于只有上下兩部軸承的雙支 點軸系結(jié)構(gòu)的機組， 在運行中對作用于軸中部的不平衡徑向力影 響是十分敏感的。 氣隙不均勻和質(zhì)量不平衡等因素綜合迭加造成 軸的中部運行擺度偏達， 作用于轉(zhuǎn)子的徑向電磁部平衡力是形成 轉(zhuǎn)動部分擺度偏大的主要原因 （在空載勵磁工況下和低負荷工作 情況較為嚴重，大負荷以上工況時擺度略有好轉(zhuǎn)。八、結(jié)論：1 機組產(chǎn)生振動和擺度原因是多方面的有設(shè)計、制造、安裝 各方面因素綜合， 因此在原因分析時將各種因素綜合考慮。對于 安裝單位首先應(yīng)分析安裝方面的問題， 確認安裝中可能產(chǎn)生的問題。2.對于本機組機械方面應(yīng)通過調(diào)整