立式水轮发电机组垂直振动的分析及处理.docx

          立式水轮发电机组垂直振动的分析及处理                    摘要：水轮发电机组振动是机组运行中一种非常有害的现象，它严重威胁着机组的供电质量、机组的使用寿命和安全经济运行关键词：立式水轮；发电机；垂直振动1 机组垂直振动分析处理实例1.1 基本情况某水电站2台立式混流水轮发电机组，结构型式为悬吊型，额定水头238 m, 单机额定容量25 000 kW,转速600 r/min自2012年投运以来，1号机组垂直振动值长期超出规范要求，2号机组垂直振动值在规范允许值附近自2014年初至2018年底，电站对1号机组进行了3次A修，重点针对发电机及推力轴承检查分析，针对检查发现的问题，先后复核调整了机组高程，发电机定子、转子相对高程，对上机架底部进行加固增加刚性，处理更换推力轴承支柱螺栓配合间隙偏大的缺陷，完成机组配重试验并增加配重块，开展了转速试验、励磁试验、负荷试验等分析，每次检修后，水平、垂直振动能够降低至规范附近，但垂直振动源未彻底消除，随着运行时间延长，垂直振动值又逐步增大超出规范要求1.2 振动原因分析2019年，为彻底解决1号机组振动问题，电站组织对1号机组进行了全面系统分析，再次开展了负荷试验、配重试验，新增了顶盖排水试验。

1.2.1 机组配重及负荷试验情况表1和表2为1号机组2019年检修后配重及负荷试验实测数据表1 配重前振动值实测数据表工况部位上机架垂直上机架水平下机架垂直下机架水平水导轴承水平空转28.22∠5°21.17∠240°5.4∠192°21.19∠58°24.21∠84°起励29.22∠1°27.22∠247°6.5∠201°24.23∠66°22.19∠77°5 MW27.29∠340°36.31∠231°7.6∠192°28.26∠53°20.19∠38°10 MW24.19∠309°38.31∠225°6.5∠184°28.24∠46°19.15∠30°15 MW24.19∠306°39.33∠219°6.5∠178°27.24∠41°17.16∠16°20 MW31.28∠321°42.35∠222°7.6∠184°29.25∠45°18.17∠24°25 MW39.35∠322°44.35∠227°8.6∠199°30.27∠55°19.16∠37°表2 配重后振动值实测数据表工况部位上机架垂直上机架水平下机架垂直下机架水平水导轴承水平空转28.7∠186°10.24∠245°2.03∠319°4.83∠59°26.53∠96°起励25.65∠184°9.94∠210°1.83∠151°5.1∠25°26.7∠94°5 MW25.67∠138°16.24∠349°4.83∠311°11.3∠133°25.08∠54°10 MW23.62∠122°22.5∠343°6.41∠306°19.23∠132°25.81∠48°15 MW22.37∠101°25.26∠338°7.12∠299°22.74∠125°21.55∠36°20 MW33.71∠130°25.59∠345°7.16∠311°20.57∠135°22.54∠44°25 MW36.91∠125°27.37∠350°7.16∠318°20.22∠144°20.79∠54°从以上数据分析，通过机组动平衡配重试验，水平振动值明显降低，但垂直振动值无明显改善。

1.2.2 水力因素分析机组振动主要是机械振动、水力振动和电磁振动三类，综合前几次A修对发现问题的处理分析，排除了机械和电磁因素导致垂直振动大的影响，重点针对水力因素分析1)机组结构分析图1为机组导水机构、转轮装配局部结构图图1 机组导水机构、转轮装配局部结构图 从结构图中可见，为减少水轮机容积损失，转轮上冠、下环均设计有梳齿式止漏环结构，其中，转轮直径1.63 m, 转轮上冠、下环止漏环单边间隙设计为1～1.2 mm, 上下梳齿单边间隙设计值为0.85～1 mm, 在上下梳齿至转轮上冠、下环止漏环之间，分别有A、B两腔，机组运行过程中，受上下梳齿止水的影响，A、B两腔均会产生水压，B腔水压对转轮形成向上顶托力，抵消部分轴向水推力，同时产生1个水平径向分力，该结构常应用于较高水头混流式机组结构中在上梳齿后，设有6根顶盖排水管，通过转轮上冠上部设置的泵板，排除上梳齿漏水2)水力分析及验证该结构中，A、B两腔压力值受上下梳齿间隙值及同心度影响，其中B腔若存在压力不均匀，就可能产生不均匀的向上顶托力，引发水力自激振动，导致机组垂直振动因A、B两腔均未设计测压管，现场难以新增为验证垂直振动可能来源于B腔压力脉动，研究确定在6根排水管上增加阀门，通过减少顶盖排水管泄流量，调整上梳齿后部压力值，改变轴向水推力，测量机组在不同工况下的振动值进行综合分析。

不同工况对比如表3表3 不同阶段振动、摆度测量表阶段上机架垂直振动上机架水平振动上导摆度水导水平振动水导摆度第一阶段22.9722.0566325.58278第二阶段35.9126.5365820.37267第三阶段34.8425.7664220.03258第四阶段29.6222.8562319.89220第一阶段：关闭顶盖2根排水管，负荷10 MW工况数据第二阶段：关闭顶盖4根排水管，负荷25 MW工况数据第三阶段：最后两根排水管阀门关闭1/2,负荷25 MW工况数据第四阶段：最后两根排水管阀门关闭3/4,负荷25 MW工况数据通过4个阶段分析，随着顶盖排水管过流面减少，压力上升，增大了转轮向下的轴向水推力，导致振动、摆度略微下降3)压力脉动产生来源从图1的机组结构中可看出，机组实施A级检修时，现场只能测量、控制转轮上冠、下环止漏环间隙，对于上下梳齿间隙值，安装就位后现场不能测量上梳齿的间隙值及同心度需要顶盖加工确保，下梳齿的间隙值需要加工确保，而同心度需要现场安装调整确保也就是该结构型式，在机组安装时，除需保证顶盖、底环两处止漏环部位同心度外，还需保证下固定梳齿、顶盖梳齿、顶盖止漏环、底环止漏环4部位同心度，在前3次A修过程中，均未检查复核下固定梳齿同心度。

因上下固定梳齿均可能存在同心度超标，导致上下梳齿间隙不均匀，A、B腔内形成压力振荡，引发水力自激振动1.3 处理及试运行2019年底，再次对1号机组A修检查处理拆卸过程中，发现顶盖梳齿、转轮下环梳齿及下固定梳齿对称侧有明显磨损痕迹，进一步证实了我们的分析将顶盖、转轮、下固定梳齿、底环等过水部件修复加工，实测各梳齿配合间隙尺寸，参考《水轮机设计手册》设计值，将转轮上冠、下环止漏环单边间隙增大至1.9 mm左右，梳齿单边间隙值增大至1.5 mm左右顶盖与上梳齿在厂内固定后，同镗加工，整体运输，现场不再拆卸，转轮复测叶片节距、开口值，消除叶片之间水力不平衡的影响，对转轮作静平衡试验通过调整上下梳齿、上下止漏环间隙值及同心度，机组各类工况下振动值均较以前降低，进一步明确了机组垂直振动根源相对于中低水头混流式机组，该机组垂直振动值虽然在规程范围内，但仍然偏大，分析主要原因为上下梳齿间隙难以完全均匀，A、B两腔压力脉动始终存在难以彻底消除，只是振动量值及对机组运行稳定性影响有所减小该机组经过半年多时间运行，振动值无明显变化，运行情况良好2 结 语高水头混流式机组，为减小轴向水推力，在机组局部结构上，往往和中低水头机组存在细微差别，通过本次机组垂直振动的处理，在同类型机组结构设计及安装阶段，可以进行以下优化：1)设计阶段增加A、B腔测压管及压力监测，其中B腔可考虑增设外围环管，起到B腔周边联通均压作用，在上梳齿后增加压力监测。

2)规范高水头混流式机组梳齿间隙取值，适当降低A、B两腔运行期间压力值，降低压力脉动幅值3)顶盖上部梳齿在制造厂内同镗加工后，整体运输，不再拆卸4)导水机构预装阶段，应以下固定梳齿为基准，定位底环和顶盖，严格控制预装阶段同心度偏差值，该类型机组，偏差值应较中低水头混流式水轮机安装标准更小，尽量降低梳齿间隙不均匀值参考文献[1]徐彬，李志文.水轮发电机组振动过大的原因分析及处理[J].四川水力发电，2018 37(z2):110-112[2]姚泽，郭芸，黄青松，等.高转速水轮发电机组振动故障分析与动平衡优化处理[J].大电机技术，2010(6):33-36[3]张方求.混流式水轮发电机组产生异常水力振动的原因分析和探讨[J].广西电力技术，1998(2):44-47[4]GB8564-2003,水轮发电机组安装技术规范[S]  -全文完-。