万家寨机摆度及振动偏大产生原因浅析

万家寨6#机摆度及振动偏大产生原因浅析

中国水利水电第六工程局李阳庚

概述

万家寨电站水电六局所安装的水轮发电机组,水轮机部分为HLS217-LJ-585由上海希科公司制造,发电机为SF180-60/12800由哈尔滨电机厂制造6号机安装完成后在试运阶段和72小时运行阶段发现机组摆度和振动有不正常情况.现就发生的问题作一分析,与同行讨论。

万家寨6#机在机组带70%负荷时，水导轴承处的摆度分别为 : （mm）和（mm）超出规范及合同规定范围。

机组安装时实测数值为：

机组盘车时镜板跳动量：0.06mm

法兰摆度值：0.20mm

空气间隙值：平均18.16mm（最大值最小值）

水轮机迷宫环间隙：平均3.0mm （最大最小）

上导瓦间隙：平均0.18mm（相邻瓦间隙差≯）

水导瓦间隙：平均0.38mm（最大最小）

首次试运上导摆度为0.40mm，上机架水平振动为0.12mm，水导摆度为0.55mm。

运行四小时后水导摆度为0.67mm（瓦温45°）

二、动平衡试验及动态盘车

根据上导摆度及上机架振动偏大等现象，初步判断发电机转子存在不平衡。安装单位对转子进行了动平衡试验，最后配重210kg。重新开机测得上机架水平振动为0.04mm，垂直振动为0.02mm，下机架垂直振动0.01mm，上导摆度0.15mm。由此可知转子动不平衡已经消除，但水导摆度没有明显变化。

为了检查轴系折线对水导摆度的影响，根据制造单位提供的推力瓦的运行性能保证，在现场对6号机进行了动盘车试验。

动盘车试验要求在机组允许惰性停机的情况下进行，现场试验是在手动开机，机组转速达到10%额定转速时，立即关闭导叶，在惰性转速的情况对轴系各部位摆度进行动态测量，人工读取架设在各部位的百分表，万家寨6号机组动态盘车共测量了13圈，除最后两圈因故规律性较差外，其余各圈规律性均较一致。根据测量值计算上导及水导处的相对摆度为：

上导处相对摆度 0.015mm/m

水导处相对摆度 0.0291mm/m

水导处的最大摆度为0.21mm，发电机法兰处最大摆度为0.27mm。由此可以看出，轴系折线不是造成水导摆度大的原因。

三、各工况下机组摆度规律

空载运行：在空载无励磁工况下，各部摆度振动基本符合规程规范要求，变速试验时各部摆度随机组转速上升而变大，到100%额定转速时上导摆度达到 0.15 mm 水导摆度达到 0.63 mm，空载运行时，机组一旦加励磁，各部摆度均有明显加大，摆度随励磁电流增加而加大，空载励磁工况下上导摆度基本合格，而水导摆度偏大达到 0.74 mm 。

并网运行时，各部基本与空载运行相同，机组负荷越大摆度反而有所减小，变负荷试验表明机组在低负荷区（＜ 80 MW）摆度和振动比较明显。

四、机组振动是描述机械系统运动或位移的量的大小。摆度是运行中的转子轴线静态变形及动态轴线偏离原平衡位置的大小。振幅是振动强度的标志。

五、导致机组振动的干扰力来讲不外乎机械、水力和电磁三方面，而机组摆度的大小与水力、机械和电磁力三者是否平衡有关联。

负荷变化导致垂直振幅变化（水力因素），摆度值随励磁电流增加而变化（电磁不平衡）转速变化与振幅变化（质量不平衡）。

六、产生原因

产家认为 1.轴系安装时找正有问题如轴线是否有折线

2.转动部分动不平衡，如水轮机转轮和发电机转子的不平衡（因发电机转子质量很大，它对摆度影响要大的多）。

3.导轴承间隙大小及间隙分布均匀性影响。

4.发电机推力轴承弹性油箱压缩量和塑料瓦的安装精度及变形。

笔者通过分析安装记录和有关资料认为：

1.定转子气隙不均匀产生的不均匀磁拉力造成转频激振

力

六号机定子空气间隙记录

从定子安装空气间隙以及定子圆度安装记录和转子安装记录来看其都满足“水轮发电机安装技术规范”许可范围，但是从气隙偏差分析发现转子与定子位置有偏心现象。载励磁工况下由于偏心使动态气隙更加不均匀因而产生磁拉力不平衡，导致机组摆度变化。

2.

转子中心体上下连接法兰偏心

由于转子中心体下法兰连接方式为无止口连接因此在施工中产生安装错位因而上下不同心约~0.15mm 。

3. 发电机下部轴与水轮机轴不同心

从盘车记录看发电机下部轴的法兰与水轮机轴的法兰有较大的

偏差值，因此可以认为两轴不同心约有~0.10mm ，偏心方向4~8点因而摆度超差。

4. 上导中心与定子中心不同心

5.

发电机推力轴承弹性油箱压缩量以及塑料瓦安装精度

和塑料瓦运行时产生变形。 在弹性油箱受力调整时检查弹性油箱压缩量发现机组弹性油箱的压缩量值偏大，最大达到0.47mm ，平均达到0.36mm 。

6．转子装配椭圆和不平衡

转子圆度的影响造成不平衡的磁拉力，转子圆度的偏差

所引起的气隙偏差产生较大的磁拉力。

通过转子动平衡实验安装单位加了210kg 的配重后，对于上导和上机架的摆度和振动有较明显的改善，但是对于水导和下机架没有明显改善.

6. 止漏环圆度存在椭圆也产生一些脉动压力。

5

7.上机架千斤顶受力状况对机组上导摆度应该有一定影响，但本机组经过安装和调整没有发现有变化。可以认为上机架千斤顶不会引起机组摆度变化。

七、动态测试

为了验证各方的意见机组进行动态测试（即机组在不加任何制动情况下，在机组惰转至10%额定转速以下时，同时测量上导和水导摆度分析机组轴线状态。

动态测试采用天津水利水电勘测设计院科研所开发的水力振动计算机分析系统。以pc计算机为核心配置两块32通道16bit 高速高精度功能接口板及其相应的数据采集、处理软件，能够实时提供各测点的压力及振动波形，给出各振动测点的位移、相位、速度、加速度曲线和数据。对轴摆度可以给出相应的检测端面摆度过程曲线、轴心轨迹和轴线图。通过分析程序给出各点振动的频谱图。

试验在五个条件工况下进行：

动态盘车试验：机组惰转至额定转速以下时，以计算机测量系统对上导、水导等部位的摆度分析。

变速试验：试验转速分别为20、30、47、60、78、100 r/min。

空载无励磁试验：试验转速100 r/min。

空载有励磁试验：试验转速100 r/min 。

变负荷试验：负荷分别为20、40、60、、80 、100、120、mw（试验水头下最大负荷）。

试验结论为：

（1）各检测部位的轴心轨迹图和轴线图显示，动态盘车时机组轴线存在折线状回转，偏心程度随各检测断面轴面分段点