水轮发电机组运行中剧烈振动的原因及处理

机组所呈现出来的问题也越来越多； 联接机组各部 分的螺栓大多数都出现了松动的现象，并且机组所 产生的振动也在逐渐增大。根据机组在当前所呈现 出来的状态进行故障诊断之后，发现在完全关闭机 组的活动导叶，并且将机组的转动速度降低到 400 r / min 时，机组所产生的振动有所下降。因此，根 据这些可以判断，影响机组振动产生的原因很有可 能是跟顶盖的排水口或者是导叶有关，于是技术人 员对机组进行了下面的几点处理： 对机组的主轴密 封、水导转动油盆以及油盆盖进行了拆除，并且对 机组进行了重新的盘车； 在进行盘车时，将整个机 组需要进行加垫的地方进行了重新的加垫，采用紫 铜垫； 按照生产厂家所计算出来的数值，对机组的 瓦间隙进行了重新的调整； 重新调整了机组的活动 导叶开度值。
在检查结果出来之后，相关人员对第二次故障 诊断原因进行了具体的分析，虽然整个机组轴线的 下导部分存在着超标的现象，但是这个问题还不至 于导致整个机组产生剧烈的振动。由于还没有查找 出具体的振动原因，在全面检查完成之后，只能够 对机组的轴线进行处理，并且继续查找导致整个机 组产生剧烈振动的原因，在还没有找到真正原因之 前，根据第二次的检查结果就对机组进行了下面的 处理： 将已经开裂的座环和底环之间的焊缝进行了 重新清理，并且进行了第二次焊接，将座环和底环 牢牢固定住； 重新调整了整个机组的推力瓦，并且 通过螺旋镜方式来对推瓦力进行了矫正和调整，使 其符合规定要求； 对机组的定转子间隙以及主轴中 心进行了重新调整，使之符合标准规定； 对机组水 导油槽内的透平油进行了全面更换。
在经过第二次维修之后，对 4 号水轮发电机组 进行了重新启动，在整个运行的过程中，机组的各 项指标都趋于正常，并且没有产生剧烈的振动，机 组保持着正常运行的状态。 2. 3 多次消缺及检修
水轮发电机组在经过第二次检修正常运行一段
小水电 2014 年第 5 期 （ 总第 179 期）
运行与维护
时间之后，由于没有找到引起机组振动的真正原 因，水轮发电机组又开始产生剧烈的振动。另外， 黑河是属于季节性河流，每年的 10 月份，随着气 温逐渐下降，河水会慢慢的结冰，而这个季节又是 黑河的丰水期； 因此，为了能够获取到更多的经济 效益，4 号水轮发电机组在这个条件下依然正常运 行发电。在坚持 1 个月之后，水轮发电机组的振动 已经严重影响到机组的正常运行，因此，不得不进 行停机检查。在检查的过程中，发现之前已经进行 修补过的座环与底环之间的焊缝又已经裂开，联接 机组各个部位的螺栓大多数都处于松动状态，还有 部分螺栓在机组运行过程中已经被振断。
3 处理措施
（ 1） 将整个水轮发电机组全面拆开，并且将 机组的转轮、底环以及顶盖等全部拆下来运回到原 来的生产厂家进行维修。采用进一步加大机组顶盖 和底环之间间隙的方式来减少底环和顶盖的碰撞机 会，在一定程度上消除了产生振动的概率。
（ 2） 将 机 组 主 轴 联 接 螺 栓 的 材 料 修 改 为 35CrMo，并且将螺栓拉伸值更改为0. 32 mm。
从整个水轮发电机组的构造来看，有 24 个活 动导叶和 12 个固定导叶，并且在生产时，还采用 了国外先进的技术和独特泵板结构的密封技术，这 些技术也同样运用在 1 ～ 3 号机组上； 其余 3 台机 组在运行的过程中都没有出现太大的问题。一般来 说，水轮发电机组由于设计缺陷、机械制造质量缺 陷、安装不当、维护不当等原因而导致振动的案例 相对较多，一般表现在转动部件间隙的分布不均 匀。维修人员在对 4 号水轮发电机组进行实际的测 试和检查之后，发现转轮的转动间隙在规定的范围 之内。经检测，导致振动产生的原因是导轴承之间 的间隙在机组运行了一段时间之后发生了改变，由 此加大了主轴的摆动幅度，这也就导致水轮发电机 组在运行的过程中，逐渐加大振动幅度，从而导致 机组无法正常运行。
实测值 0. 26 0. 06 0. 01 0. 16 0. 12 42. 10 55. 00 31. 50 38. 50
经检查，4 号水轮发电机组下机架有松动的现 象，控制环以及上盖板都表现出剧烈的振动，当水 流进入尾水锥管时，还会有较大的噪音发出。机组 的振动随着时间的推移而逐渐增强，并且已经严重 影响机组的正常运行，甚至无法发电。
（ 3） 利用打磨机对机组的下环和座环进行打 磨，并且对其水平度进行调整，以确保在规定的范
关键词： 水轮发电机组; 振动; 故障分析; 处理措施
1 电站概况
龙首一级水电站位于甘肃黑河，是黑河中上游 规划的第八座水电站。整座水电站由拦河大坝、坝 身泄洪建筑物、引水发电系统以及地面厂房组成， 整个坝顶全长217. 32 m，最大 坝高80 m，并且在建
设时运用了全断面碾压混凝土筑坝这一世界先进的 技术。在这座水电站中，一共配置了 5 套水轮发电 机组，其中 4 号机组主要由 1 台发电机和 1 台水轮 机构成，型号分别为 SF—J7000—12 /3250 悬式发 电机和 HL （ L2561267 ） —LJ—125 混流式水轮机 （ 见表 1、表 2） 。
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SMALL HYDＲO POWEＲ 2014No5，Total No179
针对这一故障，只能采取水轮发电机组停机的 方式，对整个机组进行全面的检查。在检查的过程 中，发现了很多的问题： 水轮机底环固定螺栓发生 断裂，并且在水轮机底部还有很多松动的螺栓； 由 于水轮机的螺栓存在着松动的现象，从而导致活动 导叶中间存在的间隙缩小，并且导叶臂也出现了错 位的现象； 发电机的下机架基础板与下机架的联接 螺栓出现了松动的现象； 联接定子机座与定子机座 基础板的联接螺栓，部分出现了松动现象； 水轮机 水导轴承的支撑螺栓部分出现了松动。
表 1 HL （ L2561267） —LJ—125 混流式水轮机主要参数
最大水头 / m 额定水头 / m 最小水头 / m 额定功率 / MW
62
56. 5
45. 4
7. 368
额定流量 / （ m3 ·s － 1 ）
14. 3
额定转速 / （ r·min － 1 ）
500
飞逸转速 / （ r·min － 1 ）
通常情况下，水轮发电机组出现振动可能会有 3 方面的因素，分别是电磁、水力以及机械。
从 4 号水轮发电机组出现故障的现状来看，刚 开始时，这台水轮发电机组的运行是正常的，但是 随着运行时间的增加，水轮发电机组所存在的安全 隐患慢慢暴露出来，并且所产生的振动越来越强 烈，甚至还影响到正常运行； 因此，根据这一现 状，就可以将电磁原因排除。在对运行水头进行调 整之后，再打开水轮发电机组运行，发现依然会产 生振动，这也就说明导致水轮发电机组振动的因素 与水头高低关系不大。水力共振问题会因为转速的 不同而产生，因此，影响 4 号水轮发电机组产生振 动的因素还暂时不能将水力因素完全排除。
在经过上面的处理之后，对水轮发电机组进行 重新开机启动，发现在空载的状态下，水轮发电机 组能够保持正常的运行，但是当机组的负荷超过 1. 0 MW 时，水轮发电机组就会产生剧烈的振动。 这只能说明，在经过多次的检查和维修之后，依然 没有找到水轮发电机组的真正振动原因。 2. 4 最终故障诊断
虽然 4 号水轮发电机组在经过多次的检修和维 护之后，在一段时间内保持着正常运行的状态，但 是，由于在多次的检查中都没能将影响机组振动的 真正原因找出来，随着机组运行时间的逐渐增长，
2. 1 第一次故障诊断 2001 年 5 月，发 电 机 组 正 式 投 入 发 电 之 后，
在运行的过程中一直保持着正常稳定的状态。4 号 机组在正式投入运行时，刚开始也相对比较正常， 但是在 7 月开始进行带负荷运行时，整个机组带有 一些轻微的振动 （ 见表 3） 。
收稿日期： 2014 － 06 － 20 作者简介： 陈前荣 （ 1975 － ） ，男，工程师，主要从事水轮发
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允许吸出 高度 /m
－ 1. 9
表 2 SF—J7000—12 /3250 悬吊式发电机主要参数
额定功率 额定电压 额定电流 额定功率 额定励磁 额定励磁
/ MW
/V
/A
来自百度文库
因数 电压 /V 电流 /A
7 000 10 500 452. 8 0. 85（ 滞后） 132. 4 474. 5
2 故障诊断
虽然 4 号水轮发电机组存在诸多的问题，但是 由于没有办法对其进行全面的拆开检查，同时还要 完成规定的发电任务，因此，只能再次做一些简单 的修补工作： 对已经裂开的座环和底环的焊缝进行 重新清理，并且重新进行焊接； 更换已经被振断的 螺栓； 将在机组运行过程中已经松动的螺栓拧紧。 在经过这些技术上处理之后，再次重新启动机组， 虽然水轮发电机组能够正常运行，但是由于没有找 到真正的振动原因，在运行的过程中，水轮发电机 组还是会产生剧烈的振动。为了能够真正找出振动 原因，再一次对水轮发电机组的主轴密封、转动油 盆以及水导轴承等进行了拆开检查，同时还对整个 水轮发电机组进行了抱瓦、调轴等工作。为了能够 保证水轮发电机组的正常运行，还对水轮发电机组 进行了下面的几点处理： 制作了千斤顶 4 只，并且 将这些千斤顶对称安装在水轮发电机组的水导轴承 上，加转子配重6. 4 kg，用来保证在水轮发电机组 运行过程中转子的转动平衡。
小水电 2014 年第 5 期 （ 总第 179 期）
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水轮发电机组运行中剧烈振动的原因及处理
陈前荣，俞灿平
（ 杭州长河发电设备有限公司，浙江 杭州 310051）
摘 要： 在水电站的实际运行过程中，水轮发电机组经常会出现剧烈振动的现象，很大程度上会影响电站的正常运 行。以龙首一级电站所产生剧烈振动的原因分析和解决措施为实例，对这类故障的处理进行了详细介绍。表 3 个。
在经过上面的处理之后，4 号机组重新开机运 行，发现在空载的状态下，整个机组保持着正常运 行的状态，但是当负荷超过1. 0 MW时，机组就会 呈现出较大的振动，并且在负荷超过3. 0 MW 时， 整个水轮发电机组已经无法保持正常运行状态，显 然影响机组振动的真正原因还是没有找到。为了能 够将振动问题彻底解决，在经过多次的试验之后， 对 4 号水轮发电机组进行了顶盖内压入压缩空气试 验。在进行试验的过程中，发现整个水轮发电机组 依然还保持着振动，但是，相比较之前的振动幅度 而言，现在的振动比之前的振动要小很多。在全面 仔细分析了机组振动的原因之后，最终得出： 影响 4 号水轮发电机组振动的主要原因是机组轴系所产 生的自激振动，导致自激振动的内因主要是主轴的 刚度，导致自激振动的外因则是水力因素。
经过上面的处理之后，再将 4 号水轮发电机组 进行重新启动，设备恢复正常运行。但是在运行了 3 d之后，又开始发生振动，并且振动的幅度越来 越大，无法保持正常运行的状态。 2. 2 第二次故障诊断
在经过第一次全面检修之后，第二次停机检查 时，为了能够找到水轮发电机组真正的振动原因， 将机组存在的安全隐患彻底消除，要求检修人员对 机组的止漏环、镜板水平、磁极阻抗等各部分进行 了全面的检修和排查。在进行检查的过程中，发现 了下面几点问题： 在第一次检修中已经焊接好的座 环和底环中间的焊缝存在着开裂的现象； 机组的下 导摆度为 0. 11 mm，这个数据已经严重超过了机器 的规范要求。
电机设计工作。E-mail： chenqianrong@ 163. com
表 3 机组运行时的实测数据 （ 负荷 6. 28 MW）
项目 顶盖压力 / MPa 上端罩水平振动 / mm 垂直振动 / mm 上导摆度 / mm 水导摆度 / mm 上导瓦温 /℃ 下导瓦温 /℃ 推力瓦温 /℃ 水导瓦温 /℃
在全面的检查以及仔细研究之后，采取了下面 几点措施来改善机组的振动故障： 利用千斤顶来合 缝座环、底环以及抗磨板，并且利用电焊焊接技术
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来对三者进行焊接，实现三者的无缝结合，从而很 好地对抗磨板和底环进行固定； 将发电机底部各部 分的螺栓进行紧固、搭焊，牢牢固定这些螺栓的位 置； 对水导轴承进行拆除，并且密封主轴和油盆， 对整个设备进行全面的调整和修改，并且根据机组 的具体情况来进行抱瓦和调轴工作。