萬家寨機(jī)擺度及振動(dòng)偏大產(chǎn)生原因淺析

1、萬家寨 6#機(jī)擺度及振動(dòng)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(jī)組,水輪機(jī)部分為HLS217-LJ-585 由上海?？乒局圃?,發(fā)電機(jī)為 SF180-60/12800 由哈爾濱電機(jī)廠制造 6 號(hào)機(jī)安裝完成后在試運(yùn)階段和 72 小時(shí)運(yùn) 行階段發(fā)現(xiàn)機(jī)組擺度和振動(dòng)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(jī)在機(jī)組帶 70%負(fù)荷時(shí)，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(jī)組安裝時(shí)實(shí)測數(shù)值為：機(jī)組盤車時(shí)鏡板跳動(dòng)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(jī)迷宮環(huán)間隙： 平均 3.0mm （最大最?。?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\(yùn)上導(dǎo)擺度為0.40mm,上機(jī)架水平振動(dòng)為0.12mm,水 導(dǎo)擺度為 0.55mm。運(yùn)行四小時(shí)后水導(dǎo)擺度為0.67mm （瓦溫45°）二、動(dòng)平衡試驗(yàn)及動(dòng)態(tài)盤車 根據(jù)上導(dǎo)擺度及上機(jī)架振動(dòng)偏大等現(xiàn)象, 初步判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn) 子存在不平衡。安裝單位對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行了動(dòng)平衡試驗(yàn),最后配重210kg。重新開機(jī)測得上機(jī)架水平振動(dòng)為0.04mm，垂直振動(dòng)為0.02mm,下機(jī)架垂直振動(dòng)0.01mm,上導(dǎo)擺度0.15mm。由此可知轉(zhuǎn) 子動(dòng)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(duì)水導(dǎo)擺度的影響, 根據(jù)制造單位提供的 推力瓦的運(yùn)行性能保證,在現(xiàn)場對(duì) 6 號(hào)機(jī)進(jìn)行了動(dòng)盤車試驗(yàn)。動(dòng)盤車試驗(yàn)要求在機(jī)組允許惰性停機(jī)的情況下進(jìn)行， 現(xiàn)場試 驗(yàn)是在手動(dòng)開機(jī)，機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)到 10%額定轉(zhuǎn)速時(shí)，立即關(guān)閉導(dǎo)葉， 在惰性轉(zhuǎn)速的情況對(duì)軸系各部位擺度進(jìn)行動(dòng)態(tài)測量， 人工讀取架 設(shè)在各部位的百分表， 萬家寨 6 號(hào)機(jī)組動(dòng)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(jì)算上導(dǎo)及水導(dǎo)處的相對(duì)擺度為： 上導(dǎo)處相對(duì)擺度0.015mm/m水導(dǎo)處相對(duì)擺度0.0291mm/m水導(dǎo)處的最大擺度為 0.21mm，發(fā)電機(jī)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(jī)組擺度規(guī)律 空載運(yùn)行：在空載無勵(lì)磁工況下，各部擺度振動(dòng)基本符合規(guī)程規(guī)范要求，變速試驗(yàn)時(shí)各部擺度隨機(jī)組轉(zhuǎn)速上升而變大，到 100%額定轉(zhuǎn)速時(shí)上導(dǎo)擺度達(dá)到 0.15 mm 水導(dǎo)擺度達(dá)到 0.63 mm ，空載運(yùn)行時(shí)，機(jī)組一旦加勵(lì)磁，各部擺度均有明顯加大， 擺度隨勵(lì)磁電流增加而加大，空載勵(lì)磁工況下上導(dǎo)擺度基本合 格，而水導(dǎo)擺度偏大達(dá)到 0.74 mm 。并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)， 各部基本與空載運(yùn)行相同，機(jī)組負(fù)荷越大擺度反而 有所減小，變負(fù)荷試驗(yàn)表明機(jī)組在低負(fù)荷區(qū)（V80 MW ）擺度和振動(dòng)比較明顯。四、機(jī)組振動(dòng)是描述機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)或位移

5、的量的大小。 擺度是運(yùn) 行中的轉(zhuǎn)子軸線靜態(tài)變形及動(dòng)態(tài)軸線偏離原平衡位置的大小。 振 幅是振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志。五、導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)的干擾力來講不外乎機(jī)械、 水力和電磁三方面， 而機(jī)組擺度的大小與水力、機(jī)械和電磁力三者是否平衡有關(guān)聯(lián)。負(fù)荷變化導(dǎo)致垂直振幅變化（水力因素） ，擺度值隨勵(lì)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(rèn)為1軸系安裝時(shí)找正有問題如軸線是否有折線2.轉(zhuǎn)動(dòng)部分動(dòng)不平衡，如水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡（因發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量很大，它對(duì)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(jī)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(rèn)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(hào)機(jī)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(hào)機(jī)定子空氣間隙（上部）六號(hào)機(jī)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(jī)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(lì)磁工況下由于 偏心使動(dòng)態(tài)氣隙更加不均勻因而產(chǎn)生磁拉力不平衡，導(dǎo)致機(jī)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(cuò)位因而上下不同心約 0.15mm。3發(fā)電機(jī)下部軸與水輪機(jī)軸不同心從盤車記錄看發(fā)電機(jī)下部軸的法蘭與水輪機(jī)軸的法蘭有較大的偏差值，因此可以認(rèn)為兩軸不同心約有0.10mm,偏心方向48 點(diǎn)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(jī)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(yùn)行時(shí)產(chǎn)生變形。在彈性油箱受力調(diào)整時(shí)檢查彈性油箱壓縮量發(fā)現(xiàn)機(jī)組彈性 油箱的壓縮量值偏大，最大達(dá)到 0.47mm，平均達(dá)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(dòng)平衡實(shí)

8、驗(yàn)安裝單位加了 210kg的配重后，對(duì) 于上導(dǎo)和上機(jī)架的擺度和振動(dòng)有較明顯的改善， 但是對(duì)于水導(dǎo)和 下機(jī)架沒有明顯改善.六號(hào)機(jī)水輪機(jī)止漏環(huán)間隙上部下部12 d3 d45 ”678 T7.上機(jī)架千斤頂受力狀況對(duì)機(jī)組上導(dǎo)擺度應(yīng)該有一定影響，但本機(jī)組經(jīng)過安裝和調(diào)整沒有發(fā)現(xiàn)有變化?？梢哉J(rèn)為上機(jī)架千斤頂不會(huì)引起機(jī)組擺度變化。七、動(dòng)態(tài)測試為了驗(yàn)證各方的意見機(jī)組進(jìn)行動(dòng)態(tài)測試 （即機(jī)組在不加任 何制動(dòng)情況下，在機(jī)組惰轉(zhuǎn)至10%額定轉(zhuǎn)速以下時(shí)，同時(shí)測量上 導(dǎo)和水導(dǎo)擺度分析機(jī)組軸線狀態(tài)。動(dòng)態(tài)測試采用天津水利水電勘測設(shè)計(jì)院科研所開發(fā)的水力振動(dòng)計(jì)算機(jī)分析系統(tǒng)。以pc計(jì)算機(jī)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(shí)提供各測點(diǎn)的壓力及振動(dòng)波形，給出各振動(dòng)測點(diǎn)的位移、相位、 速度、加速度曲線和數(shù)據(jù)。對(duì)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(diǎn)振動(dòng)的 頻譜圖。試驗(yàn)在五個(gè)條件工況下進(jìn)行：動(dòng)態(tài)盤車試驗(yàn)：機(jī)組惰轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速以下時(shí)，以計(jì)算機(jī) 測量系統(tǒng)對(duì)上導(dǎo)、水導(dǎo)等部位的擺度分析。變速試驗(yàn)：試驗(yàn)轉(zhuǎn)速分別為 20、30、47、60、78、100r/min?？蛰d無勵(lì)磁試驗(yàn)：試驗(yàn)轉(zhuǎn)速100 r/min。 空載有勵(lì)磁試驗(yàn)：試驗(yàn)轉(zhuǎn)速100 r/min 。變負(fù)荷試驗(yàn)：負(fù)荷分別為20、40、60、80、100、120、 mw （試驗(yàn)水頭下最大負(fù)荷）

10、。試驗(yàn)結(jié)論為：（1）各檢測部位的軸心軌跡圖和軸線圖顯示，動(dòng)態(tài)盤車 時(shí)機(jī)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(diǎn)不同而不同。（2）上導(dǎo)軸承、推力軸承、發(fā)電機(jī)法蘭、水輪機(jī)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(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分存在一定的不平 衡力。、（ 3）在負(fù)荷 6080MW 范圍內(nèi)，各測點(diǎn)擺動(dòng)及振動(dòng)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(dòng)引起的整個(gè)機(jī)組振 動(dòng)的根源，表明機(jī)組在小于 80Mw 負(fù)荷下水輪機(jī)運(yùn)行在不穩(wěn)定區(qū)

11、， 整臺(tái)機(jī)組運(yùn)行伴隨一個(gè)危害較大的低頻振動(dòng)， 影響機(jī)組安全穩(wěn)定 運(yùn)行。（ 4） .機(jī)組在穩(wěn)定運(yùn)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(jī)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(jī)上導(dǎo)軸承間隙需進(jìn)行 調(diào)整，推力軸承彈性油箱支座需進(jìn)行調(diào)整。七、我們認(rèn)為檢查機(jī)組軸線問題不大， 不至于引起主軸產(chǎn)生 較大的擺度， 機(jī)組運(yùn)行中擺度大主要原因是轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡、定子 中心與水輪機(jī)止漏環(huán)中心存在錯(cuò)位現(xiàn)象及水輪機(jī)大軸和發(fā)電機(jī) 大軸不同心而造成。 同時(shí)我們認(rèn)為對(duì)于只有上下兩部軸承的雙支 點(diǎn)軸系結(jié)構(gòu)的機(jī)組， 在運(yùn)行中對(duì)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(yùn)行擺度偏達(dá)， 作用于轉(zhuǎn)子的徑向電磁部平衡力是形成 轉(zhuǎn)動(dòng)部分?jǐn)[度偏大的主要原因 （在空載勵(lì)磁工況下和低負(fù)荷工作 情況較為嚴(yán)重，大負(fù)荷以上工況時(shí)擺度略有好轉(zhuǎn)。八、結(jié)論：1 機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)和擺度原因是多方面的有設(shè)計(jì)、制造、安裝 各方面因素綜合， 因此在原因分析時(shí)將各種因素綜合考慮。對(duì)于 安裝單位首先應(yīng)分析安裝方面的問題， 確認(rèn)安裝中可能產(chǎn)生的問題。2.對(duì)于本機(jī)組機(jī)械方面應(yīng)通過調(diào)整