龍灘水電站1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組水導(dǎo)瓦溫偏高的原因分析

龍灘水電站1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組水導(dǎo)瓦溫偏高的原因分析

1該裝置的調(diào)試中存在問(wèn)題1.1水導(dǎo)瓦間隙改變?cè)斐蓹C(jī)組停機(jī)2007年4月1日22點(diǎn)，1號(hào)機(jī)組開(kāi)始運(yùn)行。1小時(shí)后，除水導(dǎo)軸外，其他部件的溫度傾向于穩(wěn)定。運(yùn)行1小時(shí)50分左右,水導(dǎo)軸承瓦溫升高到65℃,機(jī)組被迫停機(jī)。原設(shè)計(jì)的水導(dǎo)瓦總間隙為0.60mm,水導(dǎo)瓦溫度過(guò)高后,現(xiàn)場(chǎng)將原來(lái)的水導(dǎo)瓦總間隙由0.60mm放大到0.80mm,同時(shí)將上導(dǎo)瓦總間隙由0.80mm縮小到0.60mm,下導(dǎo)瓦總間隙維持0.80mm不變。各部軸承間隙按照上述調(diào)整后,機(jī)組開(kāi)機(jī)試運(yùn)行2小時(shí)30分鐘后,水導(dǎo)瓦的溫度又上升到65.1℃,被迫停機(jī)。將水導(dǎo)瓦總間隙由上一次的0.80mm放大到1.0mm,上導(dǎo)和下導(dǎo)瓦總間隙維持不變,最終水導(dǎo)瓦溫度穩(wěn)定在46℃。1.2機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)2007年5月25日1號(hào)機(jī)組投入商業(yè)運(yùn)行,由于當(dāng)時(shí)水庫(kù)處于蓄水階段,上游水位偏低,毛水頭只有100m(設(shè)計(jì)水頭140m),測(cè)得上導(dǎo)擺度為0.41～0.46mm,下導(dǎo)擺度為0.60～0.66mm,上下導(dǎo)軸承的擺度偏大,接近或超過(guò)國(guó)標(biāo)規(guī)定的臨界值。運(yùn)行一個(gè)月后,電廠(chǎng)請(qǐng)廣西電力試驗(yàn)研究院有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)中試所)做了一次機(jī)組穩(wěn)定性試驗(yàn)。試驗(yàn)水頭為105m,負(fù)荷為20～500.4MW,此時(shí)上導(dǎo)擺度為0.46～0.53mm,下導(dǎo)擺度為0.69～0.73mm,上導(dǎo)、下導(dǎo)擺度均超過(guò)75%軸承總間隙的國(guó)標(biāo)規(guī)定。說(shuō)明1號(hào)機(jī)組隨著運(yùn)行時(shí)間的延長(zhǎng),上下導(dǎo)軸承的擺度呈上升趨勢(shì)。2水導(dǎo)瓦間隙分配不合理機(jī)組第一次試運(yùn)行未達(dá)到額定轉(zhuǎn)速前,各部導(dǎo)軸承擺度正常,均在0.10mm以?xún)?nèi),隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速逐漸趨于額定值,上、下導(dǎo)軸承擺度迅速遞增,上升為0.40～0.50mm。從機(jī)組安裝盤(pán)車(chē)測(cè)試的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),上導(dǎo)和法蘭的盤(pán)車(chē)擺度均在0.10mm以下,水導(dǎo)軸承的盤(pán)車(chē)擺度為0.35mm以下,也就是說(shuō)機(jī)組軸線(xiàn)的自然狀態(tài)為,擺度呈上小下大的規(guī)律,但額定轉(zhuǎn)速下實(shí)際運(yùn)行時(shí),水導(dǎo)擺度反而很小,只有0.07～0.08mm,而上下導(dǎo)軸承擺度反而很大,這說(shuō)明機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時(shí),除了軸系與旋轉(zhuǎn)中心有偏差而引起擺度增加外,還存在著某種干擾力,正是由于這個(gè)干擾力的存在,才導(dǎo)致了軸線(xiàn)不是按照自然姿態(tài)旋轉(zhuǎn)。機(jī)組空轉(zhuǎn)不加勵(lì)磁時(shí),干擾力只有水力、機(jī)械力和旋轉(zhuǎn)部件與旋轉(zhuǎn)中心的偏心矩,沒(méi)有其他的力。而機(jī)組的安裝記錄表明,水輪機(jī)迷宮環(huán)間隙較均勻,可以排除水力不平衡的影響。軸承間隙分配時(shí),也是嚴(yán)格保證軸承中心與旋轉(zhuǎn)中心同心,偏差值很小。因此干擾力主要還是來(lái)自機(jī)械方面。由于上、下導(dǎo)軸承離轉(zhuǎn)子最近,轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡對(duì)導(dǎo)軸承擺度的影響最為直接,而轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡,在機(jī)組安裝中或多或少是客觀(guān)存在的,特別是龍灘的巨型機(jī)組就更顯得突出。從目前出現(xiàn)的現(xiàn)象來(lái)看,軸系運(yùn)行時(shí)出現(xiàn)上大下小的姿態(tài),主要還是由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡造成。第一次水導(dǎo)瓦溫度過(guò)高時(shí),上下導(dǎo)軸承瓦的溫度穩(wěn)定在32℃左右,按照一般規(guī)律,機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行時(shí),導(dǎo)瓦溫度大都在40～55℃之間,特別是上、下導(dǎo)軸承,潤(rùn)滑油的循環(huán)和冷卻采用的又是內(nèi)循環(huán)結(jié)構(gòu),其冷卻和油循環(huán)效果,肯定不如外循環(huán)方式好,因此上、下導(dǎo)軸承瓦的溫度較低這種現(xiàn)象是不正常的,說(shuō)明機(jī)組運(yùn)行中,瓦基本上受力很小,反過(guò)來(lái)又說(shuō)明上、下導(dǎo)軸承間隙分配得過(guò)大,現(xiàn)場(chǎng)也證明了這一點(diǎn),上、下導(dǎo)軸承的總間隙實(shí)際按0.80mm分配,的確有些偏大。按上面的分析,可以得到這樣的推論:由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的影響,同時(shí)上、下導(dǎo)軸承總間隙過(guò)大,使得上、下導(dǎo)軸承擺度加大,超過(guò)允許值,由于水導(dǎo)軸承存在,限制了上、下導(dǎo)軸承擺度的進(jìn)一步增大,所以機(jī)組運(yùn)行時(shí),主軸在水導(dǎo)部位將形成蹩勁,隨著時(shí)間的延長(zhǎng),水導(dǎo)軸領(lǐng)與軸瓦由原來(lái)的油膜潤(rùn)滑變成半干摩擦狀態(tài),造成瓦溫逐漸升高。從現(xiàn)象上說(shuō),瓦溫升高也是不均勻的,最高最低相差14℃,說(shuō)明主軸旋轉(zhuǎn)的時(shí)候,總在水導(dǎo)的一個(gè)方向上蹩勁,這個(gè)方向可能就是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡力的反方向。因此水導(dǎo)瓦溫度過(guò)高的真正原因并不是因?yàn)樗畬?dǎo)瓦間隙分配不合理造成,也不是由于水導(dǎo)軸承的油循環(huán)和冷卻效果不佳造成(經(jīng)過(guò)與設(shè)計(jì)部門(mén)溝通,水導(dǎo)外循環(huán)油泵的單臺(tái)輸油量只要達(dá)到194L/min就能滿(mǎn)足要求,實(shí)際上現(xiàn)場(chǎng)配置的油泵輸油量為233L/min,超過(guò)設(shè)計(jì)值,因此冷卻效果和循環(huán)動(dòng)力是足夠的),而是存在其他的干擾力。實(shí)際上,原設(shè)計(jì)的水導(dǎo)瓦總間隙(0.7mm)是合理的,只要沒(méi)有其他的干擾力,從理論上說(shuō)是不會(huì)引起水導(dǎo)瓦溫度過(guò)高的,現(xiàn)場(chǎng)處理時(shí),一直把矛盾的焦點(diǎn)放在加大水導(dǎo)瓦間隙和增強(qiáng)冷卻系統(tǒng)的效果上,是不恰當(dāng)?shù)摹?轉(zhuǎn)速區(qū)域?qū)φ駝?dòng)的影響為了驗(yàn)證轉(zhuǎn)子的不平衡性,專(zhuān)門(mén)安排了一次變轉(zhuǎn)速試驗(yàn),轉(zhuǎn)速按45～52.5Hz遞增,測(cè)定上下導(dǎo)擺度、上下機(jī)架振動(dòng),具體試驗(yàn)曲線(xiàn)如圖1所示。從以上曲線(xiàn)看出,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在較大質(zhì)量不平衡現(xiàn)象,上下導(dǎo)軸承的擺度及上機(jī)架振動(dòng)隨轉(zhuǎn)速的平方變化較明顯,下機(jī)架振動(dòng)隨機(jī)組轉(zhuǎn)速平方變化不明顯,原因是由于下導(dǎo)總間隙過(guò)大,主軸與軸領(lǐng)接觸輕微,這一點(diǎn)可從運(yùn)行中下導(dǎo)瓦溫度較低看出來(lái),因此下機(jī)架隨轉(zhuǎn)速平方變化,振動(dòng)增加趨勢(shì)不明顯是正常的。為此,只有采取在轉(zhuǎn)子上配重的方法減小質(zhì)量不平衡分量,才能達(dá)到降低擺度和振動(dòng)的目的。4轉(zhuǎn)子配重的確定找到問(wèn)題產(chǎn)生的原因后,2007年8月2日,電廠(chǎng)請(qǐng)中試所對(duì)1號(hào)機(jī)組做了動(dòng)平衡試驗(yàn),試驗(yàn)時(shí),共加配重2次,最后一次配重是在轉(zhuǎn)子52號(hào)、53號(hào)磁極之間對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子支臂主立筋兩側(cè)中間部位各加1塊43kg的配重,在54號(hào)、55號(hào)磁極之間對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子支臂主立筋兩側(cè)各加3塊43kg的配重,共計(jì)配重344kg。配重后,機(jī)組在空轉(zhuǎn)無(wú)勵(lì)磁、空轉(zhuǎn)逐步加勵(lì)磁兩個(gè)工況下進(jìn)行了試驗(yàn),各項(xiàng)振動(dòng)、擺度及軸承瓦溫等指標(biāo)均較配重前有了很大的改善。5實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析5.1上導(dǎo)擺度的影響動(dòng)平衡試驗(yàn)前后數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。對(duì)動(dòng)平衡試驗(yàn)前后機(jī)組各部振動(dòng)、擺度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較,可以得出以下結(jié)論:(1)機(jī)組的上導(dǎo)、下導(dǎo)擺度降低幅度較大,分別降低63%和41%。這說(shuō)明上、下導(dǎo)擺度與轉(zhuǎn)子不平衡因素關(guān)系密切,同時(shí)也就驗(yàn)證了前面分析的正確性。水導(dǎo)擺度在動(dòng)平衡試驗(yàn)前后變化不明顯,說(shuō)明轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡對(duì)其影響輕微,其擺度只跟水力因素有關(guān)。(2)上機(jī)架水平、垂直振動(dòng)分別降低了58%、54%,降低幅度較為明顯。由于上導(dǎo)擺度的下降,上導(dǎo)軸領(lǐng)與上導(dǎo)瓦的接觸機(jī)會(huì)減少,直接導(dǎo)致了上機(jī)架水平振動(dòng)的降低,同時(shí)也說(shuō)明轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡對(duì)上機(jī)架的水平振動(dòng)影響很直接。上機(jī)架垂直振動(dòng)也減小的原因是由于作用在上導(dǎo)瓦面的力減小引起的。(3)下機(jī)架水平振動(dòng)降低幅度很小,原因是下導(dǎo)瓦間隙較大(0.80mm),下導(dǎo)軸領(lǐng)與瓦的接觸作用力較小所致。(4)下機(jī)架垂直振動(dòng)有所減小,減小幅度為15.5%,因?yàn)橄聦?dǎo)擺度的變化對(duì)機(jī)架的垂直振動(dòng)影響不直接,但由于下導(dǎo)擺度的減小,改善了推力軸承瓦的受力狀況(這一點(diǎn)可從推力瓦的溫度數(shù)據(jù)推論出來(lái),見(jiàn)下述),因此下機(jī)架垂直振動(dòng)有所降低是合理的。(5)上下導(dǎo)擺度變小,軸線(xiàn)趨于機(jī)組中心線(xiàn)運(yùn)行,因此頂蓋水平振動(dòng)有所減小,說(shuō)明轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡對(duì)頂蓋的水平振動(dòng)起到了改善作用。(6)頂蓋垂直振動(dòng)不隨轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的變化而變化。(7)動(dòng)平衡試驗(yàn)對(duì)定子機(jī)座的水平振動(dòng)有一定的改善作用。5.2發(fā)電機(jī)配重前后下導(dǎo)擺度的變化規(guī)律發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓由20%Ue、40%Ue、60%Ue、80%Ue、100%Ue逐漸增加,分析各部振動(dòng)擺度規(guī)律如下:(1)配重前,上導(dǎo)擺度隨勵(lì)磁電壓的變化呈上升趨勢(shì),擺度由初始的0.39mm上升為0.46mm,由于配重前上導(dǎo)擺度較大,造成發(fā)電機(jī)空氣間隙不均勻,勵(lì)磁電壓增大,引起磁力不平衡的成份加重,反過(guò)來(lái)又加劇了上導(dǎo)擺度的增大。配重后,由于上導(dǎo)擺度減小,由原來(lái)的0.39mm降為0.14mm,發(fā)電機(jī)空氣間隙趨于均勻,不平衡磁拉力也隨之減小,因此配重后上導(dǎo)擺度隨發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓的變化趨勢(shì)就不明顯了。(2)配重前,下導(dǎo)擺度隨勵(lì)磁電壓的變化呈上升趨勢(shì),擺度由初始的0.49mm上升為0.57mm,由于配重前下導(dǎo)擺度較大,造成發(fā)電機(jī)空氣間隙不均勻,勵(lì)磁電壓增大,引起磁力不平衡的成份加重,反過(guò)來(lái)又加劇了下導(dǎo)擺度的增大。配重后,由于下導(dǎo)擺度減小,由原來(lái)的0.47mm降為0.27mm,發(fā)電機(jī)空氣間隙趨于均勻,不平衡磁拉力也隨之減小,因此配重后下導(dǎo)擺度隨發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓的變化,上升趨勢(shì)就不明顯了。(3)配重前后,水導(dǎo)擺度隨發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓變化不明顯,原因是水導(dǎo)距離發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子較遠(yuǎn),對(duì)發(fā)電機(jī)不平衡磁拉力作用的結(jié)果不敏感。(4)配重前,上機(jī)架的水平振動(dòng)有隨發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓上升的趨勢(shì),因此導(dǎo)致上機(jī)架的水平振動(dòng)有所增加。配重后,由于上導(dǎo)擺度的下降的直接原因,同時(shí)空氣間隙變得均勻了,因此即使是改變發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓,上機(jī)架的水平振動(dòng)變化不敏感。(5)配重前,上機(jī)架垂直振動(dòng)隨發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓的遞增,呈上升趨勢(shì),原因是上導(dǎo)擺度較大,不平衡磁拉力的作用較為明顯,導(dǎo)致上導(dǎo)瓦與軸領(lǐng)的作用力較大,因此上機(jī)架的振動(dòng)隨發(fā)電機(jī)勵(lì)磁電壓的增大而增大。配重后,由于上導(dǎo)擺度明顯下降,不平衡磁拉力作用趨于平衡,上導(dǎo)瓦與軸領(lǐng)的接觸機(jī)會(huì)變少,因此即使改變發(fā)電機(jī)的勵(lì)磁電壓,上機(jī)架的垂直振動(dòng)變化也不明顯。(6)由于下導(dǎo)總間隙分配的較大(0.80mm),同時(shí)配重后下導(dǎo)擺度變小,下導(dǎo)軸瓦與軸領(lǐng)的接觸機(jī)會(huì)變少,導(dǎo)致下機(jī)架水平和垂直振動(dòng)變化不大。5.3典型試驗(yàn)結(jié)果動(dòng)平衡試驗(yàn)前,由于多次出現(xiàn)轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地故障報(bào)警,因此機(jī)組最大有功功率只發(fā)到505MW,動(dòng)平衡試驗(yàn)后,機(jī)組最大有功功率531MW,盡管試驗(yàn)前后的功率不同,但各部瓦溫的改善還是較為明顯的。各部瓦溫情況見(jiàn)表2。根據(jù)表2的數(shù)據(jù)對(duì)比,可以得出以下結(jié)論:(1)上導(dǎo)瓦最低瓦溫降低1.6℃,最高瓦溫降低2.2℃,平均瓦溫降低2.21℃;(2)下導(dǎo)瓦最低瓦溫降低1℃,最高瓦溫降低2℃,平均瓦溫降低1.3℃;(3)推力瓦最低瓦溫降低0.6℃,最高瓦溫降低0.6℃,平均瓦溫降低0.77℃。推力軸承瓦溫一般都是隨著負(fù)荷的增大,瓦溫呈上升趨勢(shì),由于動(dòng)平衡試驗(yàn)后,改善了推