居龍灘水電廠水導軸承振動測量值的應用

居龍灘水電廠水導軸承振動測量值的應用

0振動在線監(jiān)測技術在運行期間，電機工作效率、“溫度值”和“振動值”是三個重要指標，代表了運行期間的良好狀態(tài)。以往,由于技術的原因,機組運行時對振動值的測量方法僅僅是用人工手持式的“百分表”測量,談不上運行時對振動值進行的在線實時監(jiān)測,故以往振動測量值的精度和實時性都很難滿足機組優(yōu)化、安全運行的需要。隨著技術的發(fā)展進步,現在對機組運行中的振動在線監(jiān)測技術已非常成熟。為監(jiān)視機組運行狀態(tài),保證機組安全運行,居龍?zhí)端姀S的2臺燈泡貫流式水輪發(fā)電機組安裝了一套計算機振動實時在線監(jiān)測儀,用來實時監(jiān)測機組運行時的振動。1水輪發(fā)電機組振動主要由水力振動水輪發(fā)電機運行時產生的振動按其原因可分為:水力振動、電磁力振動、機械振動(如轉動部分不平衡引起的振動等),其中以水力振動的分析處理較為復雜。水力振動主要由以下原因引起,即:渦帶振動、卡門渦列、狹縫射流、協聯關系不匹配等。對于燈泡貫流式水輪發(fā)電機組來說,運行中發(fā)生的振動常常是由水力振動和轉動不平衡振動引起的。分析其原因主要有以下3個方面:1.1調查病毒引起機組振動的原因燈泡貫流式水輪發(fā)電機組的轉動部分質量相對較輕,結構緊湊,這就導致了其轉動慣量相對較小,甚至較水流慣性常數小。這種特性對機組的穩(wěn)定運行有2種影響。(1)根據水輪機調節(jié)原理,機組的轉動慣量小,機組在調節(jié)過渡時容易產生振蕩,從而容易導致機組振動。近十年來調速器的發(fā)展,特別是帶有PID調節(jié)規(guī)律的可編程調速器的運用,調節(jié)品質進一步提高,這種因調節(jié)性能不好而引起機組振動的情況少了;(2)轉動部份質量相對較小,根據振動公式:(P荷載大小,M部件質量,θ為荷載頻率),質量與振幅成反比例關系,也就是說燈泡貫流式水輪發(fā)電機組在同樣的激振力下產生振動的振幅更大。1.2運行效率分析居龍灘水電廠機組的運行水頭參數如下:最小水頭Hmin=9.5m最大水頭Hmax=18m額定水頭He=14.2m計算出:水頭的變化幅值=(Hmin-Hmax)/He=52.8%。這樣大的運行水頭變化范圍,對燈泡貫流式機組來說,雖然能夠運行,但其運行效率的變化為:85%～94%。也就是說,燈泡貫流式水輪發(fā)電機組在低水頭、低負荷運行時,有較多的水能未能轉化成電能,而是以其他形式的能量消耗掉了(如振動等)。特別是在主汛期,受上游水庫的汛限水位和下游因泄洪水位抬高的雙重影響,燈泡貫流式機組常運行在低水頭的工況,從而使機組的振動相對較大。但對混流式水輪發(fā)電機組來說,因其運行水頭變化幅度較小,汛限水位對機組運行水頭影響也較小,基本上可在設計水頭以上運行,故這類機組的振動也較小。1.3機轉子和轉子燈泡貫流式機組采用的臥軸雙支點的懸臂整體結構有別于其他形式的機組采用的。發(fā)電機轉子和轉輪是同軸木結構,為了支撐機組轉動部份工作,分別設有發(fā)電機和水輪機導軸承。轉子和轉輪是懸臂形式,特別是在轉子這頭,會產生一定的撓度。這是其它機型沒有的特點,這一特點會使機組在運行時對導軸承產生交變的負載,從而使機組產生振動。2振動值超標原因分析燈泡貫流式水輪機運行時不可避免振動,相對較大的振動會影響機組的運行安全和使用壽命。如水力振動,會使機組過流部件如轉輪、葉片產生局部變形或裂紋;水力振動和電磁振動還會使機組功率不穩(wěn)定,影響電網和機組的安全。轉動部分的機械振動會使機組的密封、連接件、軸承損壞和磨損加劇。另外,振動產生的噪音對運行人員的身心健康也有危害?！稛襞葚灹魇剿啺l(fā)電機組啟動試驗規(guī)程》DL/T827-2002中規(guī)定的機組運行時振動允許值如表1所示:居龍灘水電廠運行采用的計算機振動實時在線監(jiān)測儀對機組運行中的振動進行實時監(jiān)測,其型號為TN8000。表2是機組在額定水頭工況下,30MW負荷時振動的測量值。依據表2,組合軸承的振動值滿足DL/T827-2002標準的要求,水導軸承X、Y方向的振動值分別為0.80mm、0.27mm,均超出了規(guī)定,而推力軸承和發(fā)導軸承組成的組合軸承的振動值小于規(guī)范50%左右。為此,對水導軸承振動值超標進行分析。振動值超標原因分析如下:1)水導軸承支架的剛度相對較小。水導軸承的支架安裝于導水機構的內配水環(huán)上,導水機構內配水環(huán)固定在管形座上,這是一種懸臂結構,振動傳感器就安裝在這樣的懸臂上。這種結構相對組合軸承的支撐架直接安裝在管形座而言,其強度和剛度要小,所以水輪機導軸承的振動幅度較大。另外,機組在運行時,導水機構的內配水環(huán)也在振動,而水輪機導軸承安裝在其上,故所測量的振動值是導水機構和內導環(huán)的振動的疊加。由此可知,由于燈泡貫流式水輪發(fā)電機的結構特點和振動傳感器的安裝位置,會使水輪機導軸承的振動幅值相對較大。2)自動水頭裝置不能投入,導葉和槳葉協聯關系不匹配。居龍灘水電廠發(fā)電投產時,調速器的自動水頭裝置不能投入運行,一直在人工水頭設置下運行。由此,機組的導葉和槳葉協聯關系不匹配,由此造成了振動加大。為此,居龍灘水電廠請江西省電力科學研究院做機組的協聯試驗,調正協聯,并驗證導軸承的振動超標是否因協聯關系而造成。試驗原理是通過改變水頭也相當于改變機組的協聯關系來驗證協聯關系的正確性。試驗方法是:(1)在機組的水導軸承和組合軸承及燈泡頭布置振動測點。測點均是徑向位置(X、Y軸方向)。特別是在水輪機導軸承的支架上,布置了二組測點:一組測點靠近水輪機轉輪方向,另外一組測點靠發(fā)電機轉子方向。(2)自動開機并網帶28MW負荷。(3)根據當時的運行上下游水位,人工改變水頭,分別測量各水頭下的測量振動值。通過試驗結果分析,改變調速器的人工水頭值,水導軸承的振動值會有相應的改變。當人工水頭改變到一定值時,水導軸承的振動值減小到0.111mm。另外從水導軸承所布置的2組測點來看,靠近水輪機轉輪側的測點振動幅值較大。由上述分析可知:居龍灘水電廠機組水導軸承振動超標的主要原因是導葉和槳葉協聯關系不匹配引起的,同時這種振動的幅值偏大還和水導軸承本身的結構有關。3振動對機組運行的影響燈泡貫流式水輪發(fā)電機組由于本身的結構特點,有時某些部位(如水導軸承)在運行時所產生的振動幅值相比其他形式的水輪發(fā)電機組來說要偏大,甚至達不到《燈泡貫流式水輪發(fā)電機組啟動試驗規(guī)程》DL/T827-2002中規(guī)定的要求。為此,通過分析和試驗的結果證明,振動對機組安全運行的影響可從以下幾點來輔助分析判斷:1)其振動值超標引起機組的瓦溫變化,如果瓦溫有變化,則需要對振動超標進行處理。2)機組振動超標是否是機組的支撐設計或安裝振動傳感器位置不當所引起的。如是,則需要對機組支撐或傳感器安裝位置進行處理、調整。3)