立轴式水轮发电机组摆度超标缺陷分析及处理

立轴式水轮发电机组摆度超标缺陷分析及处理

吴胜华

（大唐石泉水力发电厂安康市725200）

摘要：从国电柳园水电站2号机组摆度、振动增大的缺陷，阐述机组摆度、振动产生的原因和处理方案。

关键词：轴线；摆度；振动；推力头；镜板；顶盖；射流泵；螺栓；环氧垫

1概述

柳园水电站为低坝挡水径流引水式电站，装有2台轴流转浆式机组，总容量为2*140MW,设计水头30米。

机组共有三部导轴承（上导、下导和水导轴承）和一部推力轴承。推力轴承安装在上机架上，与上导轴承共用一个油槽。推力轴承采用氟塑瓦加瓦托盘，下部有顶部呈圆球状的抗重螺栓做刚性支撑；下导轴承位于下机架上，上导和下导轴承均采用8块分块式巴氏合金轴瓦；水导轴承采用分瓣式筒瓦（瓦面材质为巴氏合金）。

2017年2月中旬，运行人员发现：在线监测系统中水导运行摆度由正常值逐步增大到0.52mm（三部导轴承设计双边间隙和均为0.30mm，运行摆度值要求在0.22mm以内），随后，下导、上导摆度也逐渐增大，随运行时间增加，到2017年3月中旬，水导摆度最大达到0.85mm，下导摆度增大至0.47mm、上导摆度增大至0.61mm。各部振动也严重超标。

2缺陷危害

摆度和振动是水轮发电机运行时不可避免的现象，将其控制在规范要求内，就能保证机组安全稳定运行，但长时间机组摆度、振动超标运行，会造成各零部件及焊接结构疲劳而损坏，甚至转动部分与固定部分发生摩擦、扫膛而造成机组损毁。

3缺陷分析：

水轮发电机组摆度、振动增大原因主要有三个方面：机械因素、电气因素、水力因素。

3.1机械因素：主要有机械结构不合理，固定部件发生松动，转动部件发生松动，轴线不正等几种可能。

3.1.1机械结构不合理

3.1.1.1缺陷情况：水导油槽分解时发现，油槽中无油，全是泥砂和水。水轮机主轴和水导瓦磨损严重，水导瓦最大间隙达1mm。

3.1.1.2原因分析：主轴密封封水效果差，顶盖漏水量大；顶盖排水泵效率太低无法排除顶盖积水；加之顶盖自流排水孔堵塞，顶盖排水不畅。造成水导油槽长期被水淹没，水中泥沙含量较大导致水轮机主轴、水导瓦磨损严重使得水导间隙过大，致使水导摆度增大，而且随着机组运行时间越长，工况越来越糟。这是造成水导摆度，机组振动严重超标的第一大原因。

3.1.2固定部件发生松动

3.1.2.1缺陷情况：经检查，上、下机架，定子，顶盖等固定大件的螺栓、焊缝均无异常。但推力轴承检查时：用着色探伤的方式检查发现8个推力瓦托盘、8个推力抗重螺栓内部均不同程度的裂纹，8个瓦托盘铬钢垫块中有5个严重破损，所有推力抗重螺栓支承座筋板焊缝均有不同程度的裂纹等一系列缺陷。

3.1.2.2原因分析：这些缺陷均是由于机组上导、下导摆度，振动严重超标，机组运行中，推力轴承受到巨大冲击力造成各部件被破坏，是缺陷造成的后果而不是成因。

3.1.3转动部件发生松动

3.1.3.1缺陷情况

3.1.3.1.1发电机机械部分缺陷：推力头与镜板连接螺栓松动；推力头与镜板间环氧绝缘垫磨损严重；推力头与镜板间所加的紫铜垫被磨成粉末；经仔细检查发现推力头与镜板连接螺栓孔的沉头孔平面有一定锥度，螺栓与螺孔的螺纹配合不紧密。

3.1.3.1.2水轮机部分缺陷：机组A修前，业主告知，泄水锥曾两次脱落掉入尾水。

3.1.3.2原因分析

3.1.3.2.1发电机机械部分原因分析：由于推力头沉头孔平面有一定锥度，使得螺栓与孔平面摩擦力不够；加之螺栓与螺孔的螺纹配合不紧密，当遇到水导摆度增大而引起机组振动增大时，引起推力头与镜板连接螺栓松动，并随着机组运行时间的增加愈演愈烈。这是造成上、下导摆度、振动变大的第二大原因。

3.1.3.2.2水轮机部分原因分析：造成泄水锥脱落的原因有二，一是由于转轮静不平衡，使机组运行中各部摆度、振动增大，造成泄水锥与转轮连接螺栓断裂，落入尾水。二是转轮静平衡本身没有问题，但由于机组运行中各部摆度、振动严重超标，泄水锥与转轮连接螺栓长时间受到巨大的冲击力，造成螺栓断裂后转轮脱落。转轮静不平衡可能是造成机组摆度、振动严重超标的第三大原因。

3.1.4轴线不正

3.1.4.1缺陷情况：修前盘车数据，下导净全摆0.69mm，水导净全摆2.38mm，修前盘车摆度严重超标。

3.1.4.2原因分析：盘车摆度值严重超标，主要是由于推力头与镜板连接螺栓松动造成的。此缺陷在前文中已经作过分析，不再赘述。

3.2电气因素：导致上导摆度超标的电气因素主要有：定子线棒或磁极短路、空气间隙不均匀。

3.2.1定子线棒或磁极短路

对定子线棒和转子磁极做短路试验：通过对定子线棒外观的检查,排除了定子部分线棒短路引起磁拉力不平衡致使机组摆度增大的可能。对每个磁极加200V的交流电压,各磁极分压均匀，试验结果正常,未有磁极短路现象。

3.2.2空气间隙不均匀

对发电机定转子间的气隙做了测量,气隙基本均匀,各气隙与平均气隙之差未超过平均气隙值的士8%。转子吊出后，对转子支架焊缝、组合螺栓检查无异常、挡风板无裂纹、磁轭键和磁极键焊点无开裂、无松动、无错位和位移现象，排除了电磁因素造成的机组摆度超标。

由此可知可知，发电机在电气方面是平衡的，排除了磁拉力不平衡而引起机组摆度、振动增大。

3.3水力因素：水力因素系指振动中的干扰力来自水轮机水力部分的动水压力。其特征是带有随机性,且当机组处在非设计工况或过渡工况运行时,因水流状况恶化,机组各部件的振动亦明显增大。产生振动的水力因素主要有:水力不平衡、尾水管低频水压脉动、空腔汽蚀、卡门涡列、间隙射流等。

但机组运行时水头稳定，各种水力方面情况在前半年后半年无明显变化，水力方面对机组摆度增大影响不大。

4缺陷处理

针对出现的一系列缺陷，我们查阅了大量的图纸和资料，请教大唐石泉水力发电厂的老专家，咨询了机组设计制造和安装单位的行家里手。最终制定了以下处理方案并加以实施：

4.1本次检修中拆除原顶盖排水泵，重新增设安装了2组4台射流泵。（射流泵是依靠一定压力的工作流体通过喷嘴高速喷出带走被输送流体的泵。工作流体从喷嘴高速喷出时，在喉管入口处因周围的空气被射流卷走而形成真空，被输送的流体即被吸入。两股流体在喉管中混合并进行动量交换，使被输送流体的动能增加，最后通过扩散管将大部分动能转换为压力能。）排水效率非常高。

4.2在支持盖上钻排水孔与固定导叶排水孔连通，增强了了自流排水效果。

4.3对原主轴密封进行改造，减少顶盖漏水量。

4.4对水轮机轴和水导瓦返厂加工、并按图纸要求进行配车，满足水导轴承设计间隙要求。

4.5将推力头、镜板送至原厂家进行处理。加工粗糙度要求达到0.02mm以内；镜板背面表面粗糙度不得大于0.04mm；两面的不平行度不大于0.05mm。

4.6对推力头沉头孔平面的锥度进行加工处理，并根据推力头上的螺孔配车加工了12个8.8级的高强度螺栓。经检查，新配的螺栓与推力头沉头孔平面结合紧密，螺孔与螺栓的螺纹配合良好。

4.7制作加工了新的推力头与镜板间环氧绝缘垫，材质硬度，表面光洁度，两个面的平行度均符合要求。

4.8提高轴线处理要求：机组修后轴线处理数据为水导净全摆0.09mm，下导净全摆0.03mm，比规程要求提高了一倍（水导要求0.18，下导要求0.06）。

4.9将转轮整体送至原厂家做静平衡试验。转轮和泄水锥平衡试验结果为：转轮体（叶片）在+X和+Y坐标之间45度方向偏重6公斤、泄水锥在与转轮体偏重方向相反的-X和-Y坐标之间45度方向偏重2公斤。根据试验结果进行多次配重，直到试验数据达标。

机组修后试验中各部温度正常、机组摆度、振动均优于规程要求，彻底消除了2号机组摆度、振动超标的缺陷。

5结语

水轮发电机的摆度、振动是一个从量变到质变的的变化过程，在运行中一定要加强监视，定期做好检修与维护，不留死角，把缺陷与事故消灭于萌芽状态，有效防范机组摆度、振动增大带来的危害，确保机组安全、稳定、高效运行。

作者简介：吴胜华（1977-02-01），男，汉族，籍贯：安康市，当前职务：发电机班副班长，当前职称：助理工程师，学历：大专，研究方向：水轮发电机机械检修