丰海水电厂2号机组水导轴承振动超标处理

【摘 要】丰海水电厂自投产以来就发现2号机组水导轴承振动超标。2013年以来，该厂先后委托3家单位对2号机组进行稳定性试验，确认机械振动是水导轴承振动超标的主要原因。2016年10月，在2号机组扩大性B修过程中，对2号机组水导轴承振动问题进行了处理，取得了较好的效果。本文主要阐述2号机组水导轴承振动超标的处理过程，可供同类问题的处理提供借鉴。

【关键词】水电厂；振动；处理

中图分类号： TV734.1 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）31-0040-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.31.019

【Abstract】Since Fenghai hydropower plant went into operation， overstandard vibration of water pilot bearings in unit NO.2 was existed. Since？the year 2013， the plant has commissioned three units to carry out stability tests on Unit NO.2， confirming that mechanical vibration is the main reason for overstandard vibration of water pilot bearings. In October 2016， during the extended B repair of Unit NO.2， the vibration of water pilot bearings was dealt， and good results were achieved. The treatment process of overstandard vibration of water pilot bearings of Unit NO.2 are？described in this paper， which can be used for reference of similar problems.

【Key words】Hydropower plant Vibration treatment

0 概述

豐海水电厂位于福建省永安市曹远镇丰海村上游九龙溪上，于2005年底建成投产发电。该厂安装两台灯泡贯流式机组，水轮机型号为GZA684-WP-440，转轮直径4.4m。机组最大水头14.3m，最小水头3.23m，额定水头9.90m，额定转速136.4rpm，额定流量137.30m3/s，额定出力15MW。

2号机组自投产以来就存在水导轴承振动超标问题。2016年8月进行测试的最大振动幅值达234μm，而1号机最大振动幅值在100μm以内，振动超标严重。

1 机组振动原因

1.1 原因分析

2015年3月，该厂委托华电电科院进行相关试验，丰海电厂组织专业人员对试验数据进行分析后认为：

（1）机组从空载到满负荷振动变化不大，表明水力因素不是水导振动超标的主要原因。

（2）机组在加励过程中，振动与摆度变化不大，表明电磁振动不是水导振动超标的主要原因。

（3）机组变速空转时，水导水平振动1X振动分量变化较大，可能的原因是转动部分存在质量不平衡或者水导轴承座支撑刚度不足。

（4）在各试验工况下，水导与发导轴颈处X向、Y向摆度偏大，其中Y向摆度约为0.20mm，可能的原因是机组轴系同心度、水导处主轴轴颈圆度超标。

1.2 原因排查

通过以上分析可知，丰海2号机组水导轴承振动超标主要是由机械振动引起的。因此，在原因排查的过程中，也主要围绕机械因素展开。

机械振动有三个因素[1-3]：一是转动部件质量不平衡；二是机组轴线超标；三是导轴承缺陷。另外，与转频1X振动分量相关联的振动还有桨叶间隙不均匀、桨叶安放角不同步等。在 2015年10月小修过程中，对原因进行初步排查，排查结果如下：

通过盘车发现，水导处轴颈+X和+Y方向以及受油器外管+X方向的摆度最大值分别为0.07mm和0.05mm，超出“水轮发电机组安装技术规范”（GB/T8564—2003）规定的“各轴颈处的摆度应小于0.03mm”的规定，机组轴线明显超标；对水导轴承扇形板与轴承座的联接配合尺寸进行复核正常；水导轴承瓦间隙正常；桨叶间隙分布不很均匀，有必要进一步调整；根据初步排查结果分析，认为质量不平衡、轴线超标、桨叶间隙分布不均匀是2号机组水导轴承振动的主要原因。

2 问题处理

为了确定处理方案，2016年8月，丰海水电厂再次委托试验单位进行稳定性试验和压力脉动试验，试验结果表明2号机组水导振摆问题受电磁和水力因素影响不大。

随着转速变化，各部振动值也发生相应的关联变化，因此，转动部分质量不平衡是水导轴承振动超标的主要原因。为降低2号机组水导轴承振动，丰海水电厂决定在2016年10月份进行2号机组中修，主要处理转动部分质量不平衡、轴线超标、桨叶间隙分布不均等问题。

2.1 转轮静平衡配重试验

2.1.1 稳定性检查

按照设计图纸给定的转轮中心高程，调整试验支撑支架高程（含静平衡支承球头），予以支撑固定牢固；拆除转轮泄水锥及主轴操作油管，及叶片、拐臂等全部零件，将转轮体吊至试验支撑架上。

在转轮体与泄水锥连接位置平面上的+X、 +Y方向各放置1只框式水平仪，并在相对位置放置配重块（消除水平仪重量影响）。

转轮底部均布四个千斤顶，用千斤顶顶起转轮体并缓慢落下，至千斤顶未受力时，转轮体重量已转移到试验支撑球，此时观察转轮体在支撑球支承下是否稳定，若有向一边倾斜的趋势（即处于不稳定状态），则须用千斤顶顶起轮调整支撑球高度然后落下转轮体，直到转轮体在试验支撑球支承下晃动灵活处于稳定状态为止。

2.1.2 灵敏度检查

用三次加重法加三次法码P1、P2、P3，分别测量转轮体端面的三次下沉量H1、H2、H3，根据公式h=（P1-P2）× R2/（H1-H2） ×M2，U=（P2×H1-P1×H2）×R/（H1-H2） ×M（R为法码质心与转轮旋转中心线的距离，M转轮体的质量，h为灵敏度mm，U为平衡球与平衡板之间的摩擦系数）计算出h和U值。

用P3和H3复核上述计算结果。

检查灵敏度h是否符合ISO1940规定的要求，如不合格则须调整支承架高度重复完成上述工作，直至合格为止。经上述方法反复测量，灵敏度h为0.42mm。

2.1.3 配重试验

（1）泄水锥与叶片的配重分配

因考虑到泄水锥与转轮体的联接螺栓孔与销钉已定位，将泄水锥按原位置装配；1号至4号叶片称重情况：#1 叶片1775kg、#2叶片1763kg、#3叶片1757kg、#4叶片1765kg，根据上述灵敏度检查方法，进行项（1）试验时，转轮体的倾斜点位于#1叶片枢轴轴心开始偏向#2叶片约20mm处，而#1 叶片却比#3 叶片重了约16kg，可以断定#1 叶片和#3 叶片装配位置已经相反了，经咨询制造厂家确定4片叶片的安装尺寸可任意调配的情况下，决定#2叶片与#4叶片按原位置回装，#1与#3叶片予以对调。

（2）泄水锥与叶片组装后再次进行初平衡试验

将泄水锥、叶片与转轮体组装后重复进行上述3.1.1.1.2 灵敏度检查的试验，试验完成后灵敏度h为0.46mm符合要求。

（3）再次配重試验

根据灵敏度h为0.46mm时转轮的倾斜点，在对侧逐步加试验块，最终试验块重量为47kg。将实际配重时转轮体焊接铅水的位置至旋转中心线的距离，换算至试验块质心至旋转中心线的距离，实际应注铅重量为51kg。

2.1.4 静平衡

（1）配重完成后，缓慢落下转轮体，由支承球承重，用千分表测量最高点与最低点的差值H△，则实际下沉值H△=H/2。

（2）所有试验和配重结束后，进行复核，实际下沉值为0.12mm，小于转轮允许下沉值。

2.1.5 转子静平衡的简易配重试验

将转子支架吊至试验支撑支架上（制造厂出厂时提供，并已安装固定在安装场地），支撑固定牢固.用经纬仪测量转子刹车环X、Y方向四个点，调整底部放置的千斤顶使刹车环至同一高程，并各放置1只框式水平仪测量；顶起千斤顶将转子调整至水平，然后将千斤顶缓慢落下，转子重量已转移到试验支撑球支撑时，转子会往一侧倾斜至底部千斤顶上（处于不平衡态），在倾斜点对侧#37、#38磁极后部立筋两侧逐步放置试验块38kg后，转子自由晃动，侧量高低差值在0.30mm以内，对转子不同部位稍微使力转子即自由晃动，静止时再次测量差值，反复多次测量高低差值均在0.30mm以内。

2.2 主轴轴线与瓦间隙调整

处理前对主轴水平用合成像水平仪进行测量，向下游侧往下倾斜0.26mm/m，对水导轴承扇形板板底部加垫0.60mm，调整后为向下游侧倾斜0.09mm/m。

2.3 桨叶间隙与电磁气隙调整

2.3.1 桨叶间隙调整

首先，将百分表底座固定在一个叶片上，通过转动叶片盘车测量转轮室的圆度，修前最大值与最小值差值1.2mm，修后转轮室圆度差值在0.3mm以内。

2.3.2 电磁气隙调整

首先，对定子圆度进行测量在规范范围内；转子磁极圆度测量，有2个点局部超标，进行垫片调整后，误差在允许范围内。

转子、定子安装就位后，实测定转子汽隙的平均值为5.06mm，最大值为5.40mm，最小值为4.81mm，满足最大允许与最小允许值在5.57-4.55mm间的要求。

2.3.3 桨叶安放角复核调整

将4片桨叶在全关、50%开度、100%开度下，测量桨叶与同一基准分度圆的角度，经测量最大最小值 与平均值的误差在0.18°的设计允许范围内。

3 处理后2号机组水导振动情况

2017年2月11日在2号机中修后，再次进行稳定性试验，根据试验结果，水导轴承振动、受油器摆度有明显改改善。

4 结束语

2号机组水导轴承振动超标问题在2016年底中修时处理后，水导轴承的振动值有了明显的改善，且通过电磁气隙的调整受油器处小轴的摆度基本不受电磁拉力的影响，

随着水轮机导叶开度增加，出力增加，受水力因素的影响，水导振动值也逐步增加，水力振动对水导轴承振动有一定影响，在今后的检修过程中将做进一步处理。

【参考文献】

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[2]李启章.三峡机组振动稳定性问题[C].第12次中国水电设备学术讨论论文集.1995，20-25.

[3]张红，刘树鹏，张卫军.某电厂220MW机组接长轴振动故障诊断及处理[J].发电与空调，2014（6）：32-24.