萬家寨6#機(jī)擺度及振動偏大產(chǎn)生原因淺析

1、萬 家 寨 6 # 機(jī) 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(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 號機(jī)安裝完成后在試運(yùn)階段和 72小時運(yùn)行階段發(fā)現(xiàn)機(jī)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(jī)在機(jī)組帶 70%負(fù)荷時，水導(dǎo)軸承處的擺度分別為: Y-0.59（mm）禾口 X-0.74 （mm）超出規(guī)范及合同規(guī)定范圍。機(jī)組安裝時實測數(shù)值為：機(jī)組盤車

2、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 19.34 最小值 17.18）水輪機(jī)迷宮環(huán)間隙： 平均 3.0mm （最大 3.2 最小 2.85） 上導(dǎo)瓦間隙：平均0.18mm （相鄰?fù)唛g隙差0.02）水導(dǎo)瓦間隙： 平均 0.38mm （最大 0.40 最小 0.36）首次試運(yùn)上導(dǎo)擺度為0.40mm，上機(jī)架水平振動為0.12mm ,水導(dǎo)擺度為0.55mm。運(yùn)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(jī)架振動偏大等現(xiàn)象，初步判斷發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子存在不平衡。安裝單位對轉(zhuǎn)子進(jìn)行了動平衡試驗，最后配重 210k

3、g。重新開機(jī)測得上機(jī) 架水平振動為0.04mm，垂直振動為0.02mm，下機(jī)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(yùn) 行性能保證，在現(xiàn)場對 6 號機(jī)進(jìn)行了動盤車試驗。動盤車試驗要求在機(jī)組允許惰性停機(jī)的情況下進(jìn)行，現(xiàn)場試驗是在手動 開機(jī)，機(jī)組轉(zhuǎn)速達(dá)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(jìn)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(jī)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

4、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(jī)法蘭處最大擺度為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(jī)組轉(zhuǎn)速上升而變大,到 100%額定轉(zhuǎn)速時上導(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,機(jī)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(dá)到 0.74 mm 。并網(wǎng)運(yùn)行時,各部基本與空載

5、運(yùn)行相同,機(jī)組負(fù)荷越大擺度反而有所減小, 變負(fù)荷試驗表明機(jī)組在低負(fù)荷區(qū)（V80 MW ）擺度和振動比較明顯。四、機(jī)組振動是描述機(jī)械系統(tǒng)運(yùn)動或位移的量的大小。擺度是運(yùn)行中的轉(zhuǎn)子 軸線靜態(tài)變形及動態(tài)軸線偏離原平衡位置的大小。振幅是振動強(qiáng)度的標(biāo)志。五、導(dǎo)致機(jī)組振動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(jī)轉(zhuǎn)輪和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的不平衡 （因發(fā)電

6、機(jī)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(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)頻激振力六號機(jī)定子空氣間隙記錄24681012141618A18.5018.5018.1017.1817.3017.9017.4817.4617.80B17.6817.4817.5017.3017.3217.2617.2417.7017.30202224262830323436A17.2817.8018.3418.9019.1219.0519.0019.3419.02B1

7、6.9017.4017.6217.8018.2018.4418.8018.3418.80384042444648505254A17.9018.6618.0017.8017.2218.5218.5218.0818.56B18.8618.3018.7818.9018.7218.4018.5818.4618.44565860A17.9818.5617.20B18.3818.0617.80A為空氣間隙上部值B為空氣間隙下部值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。載勵磁工況下由于偏心使動態(tài)氣隙

8、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0.100.15mm。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0.070.15m，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(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 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(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)

9、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)子動平衡實驗安裝單位加了 210kg的配重后，對于上導(dǎo)和上機(jī) 架的擺度和振動有較明顯的改善，但是對于水導(dǎo)和下機(jī)架沒有明顯改善8222.0064上部8、3.20 /21- C CC %1V16八、4部556.止漏環(huán)圓度存在橢圓也產(chǎn)生一些脈動壓力六號機(jī)水輪機(jī)止漏環(huán)間隙上部下部:12.253.2022.253.2532.25 3.0542.253.0052.10 十3.10 :62.252.9572.2513.05:82.202.857. 上機(jī)架千斤頂受力狀況對機(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

10、沒有發(fā)現(xiàn)有變化?？梢哉J(rèn)為上機(jī)架千斤頂不會引起機(jī)組擺度變 化。七、動態(tài)測試為了驗證各方的意見機(jī)組進(jìn)行動態(tài)測試（即機(jī)組在不加任何制動情況 下，在機(jī)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(jī)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(jī)分 析系統(tǒng)。以pc計算機(jī)為核心配置兩塊32通道16bit高速高精度功能接口板及 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(jìn)行：動

11、態(tài)盤車試驗：機(jī)組惰轉(zhuǎn)至額定轉(zhuǎn)速以下時，以計算機(jī)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、100 r/min。 空載無勵磁試驗：試驗轉(zhuǎn)速100 r/min?？蛰d有勵磁試驗：試驗轉(zhuǎn)速100 r/min。變負(fù)荷試驗：負(fù)荷分別為 20、40、60、73.3、80、100、120、133.46mw （試驗水頭下最大負(fù)荷）。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(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 47

12、r/min 后軸擺度基本不變，并有降低趨 勢，說明機(jī)組轉(zhuǎn)動部分存在一定的不平衡力。、（3）在負(fù)荷 6080MW 范圍內(nèi)，各測點擺動及振動除主頻 （轉(zhuǎn)速頻率 fn =1.69 Hz）夕卜，還含有明顯的低頻 （fn =1/31/5） fn = （0.410.45） Hz 成分， 是尾水管內(nèi)不穩(wěn)定的渦帶脈動引起的整個機(jī)組振動的根源，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)，整臺機(jī)組運(yùn)行伴隨一個危害較大的低頻 振動，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

13、 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)子動不平衡、定子中心與水輪機(jī)止漏環(huán) 中心存在錯位現(xiàn)象及水輪機(jī)大軸和發(fā)電機(jī)大軸不同心而造成。同時我們認(rèn)為 對于只有上下兩部軸承的雙支點軸系結(jié)構(gòu)的機(jī)組，在運(yùn)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(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 部分?jǐn)[度偏大的主要原因 （在空載勵磁工況下和低負(fù)荷工作情況較為嚴(yán)重，大 負(fù)荷以上工況時擺度略有好轉(zhuǎn)。八、結(jié)論：1 機(jī)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(rèn)安裝中可能產(chǎn)生的問題。2.