发电机组开机时剧烈振动的处理

水轮发电机组开机时剧烈振动的处理:
　　1　电站概况　　浙江省新昌县长诏水库是一座以防洪为主，结合灌溉、发电、城市供水、航运、淡水养殖等综合利用的大型水库。集雨面积为276km2，总库容1.89亿m3，长诏电站是长诏水库的一级电站，装机为3×2000kW。　　(1)　水轮机主要参数：　　水轮机型号：1#、2#机为HLA112-LJ-100；3#机为HL263-LJ-100。设计水头40m；最高水头60m；最低水头25m；额定流量6.7m3/s；额定功率2000kW；额定转速500r/min；飞逸转速1160r/min；最大吸出高度-1.5m。　　(2)　发电机主要参数：　　发电机型号：SF-J2000-12/2150；额定功率2000kW；额定电压6300V；额定电流229A；额定功率因数cos?＝0.8(滞后)。　　2　#1机组振动的发生　　#1机组自1979年安装发电以来，由于电站加强科学管理，已安全运行十多年。但1996年3月，有一天运行人员开启1#机导叶，主轴从一开始转动即发生强烈的振动，并伴有异常的轰鸣声，轰呜声在离厂房100m外都能听到。厂房地面特别是离1#机附近区域振感较为强烈。这样振动约持续10s左右后机组恢复正常，至带足负荷甚至超负荷(2200kW)运行过程中再无振动现象出现。自那日起，每次开机都要发生机组振动。从1996～1998年曾尝试过刮磨绝缘垫等多种办法，并没有解决机组振动问题。　　3　可能引起机组振动原因的分析与处理　　水轮发电机组出现振动一般可有机械、水力、电气这三方的原因。因为1#机组振动发生在刚启动时，此时并无励磁电流投入，更没有带上负荷，所以可以排除电气振动的因素。在高水头和低水头时分别作开机试验，发现振动依旧。这说明水头高低也不是影响因素。原先曾怀疑推力轴瓦干磨擦引起1#机振动及异常声音，但1996～1998年度检修时都发现推力轴瓦瓦面光洁，无明显磨蚀，更无烧瓦现象，所以这一因素也可以排除。　　机组主轴密封采用机械式弹簧自动调整端面密封。密封镜板(动件)与密封支承体(不动件)之间相碰且相互磨擦可引起振动。但检修时拆开主轴密封装置，发现镜板与相邻的密封主承体上并无磨擦痕迹。所以，机组振动也不是由主轴密封装置引起的。　　通过以上分析和检验，排除了多种可能。1998年的年度检修中，通过测量各导轴承及迷宫间隙值，并通过缩小水导轴承和上导轴承间隙来调整机组摆度后，彻底地解决了#1机开机时剧烈振动并伴有异常声音这一问题。　　调整上导轴承间隙是通过调整支承螺栓的办法来实现的。水导轴承由于多年运行的磨损，间隙值较大，所以采用打磨结合面的办法来调整其轴瓦间隙。这样处理虽然对轴瓦圆度有一定影响，但鉴于水导轴承间隙允许值范围较上导、下导轴承宽，所以这样处理不致过于影响水导轴承上油量及油膜的形成。

在1998年调整前后，上导与水导轴承间隙值(双边)如下表1：　　 　　　
方向 调整前　　调整后　　原设计允许值　　单位(MM)
+X方向 　　0．24 　 0．19　 　0．12-0．20 　　[上导 ]
+Y方向 　　0．19　　0．12 　　0．12-0．20　
　
+X方向 　　 0．42 　 0．33 　　0．17-0．27　 [ 水导]　　
+Y方向 　　 0．53 　 0．33 　　0．17-0．27　　　　
从上表可知，调整前的上导、水导轴承的间隙明显比设计值偏大，特别是上导轴瓦，因为距推力轴瓦近，由于类似于杠杆的放大作用，上导轴瓦间隙增大时对转轮上冠与顶盖、下环与底环处迷宫的间隙均匀程度产生很大影响。由于过大间隙的存在，在机组刚开启时，圆周方向暂不稳定的水流很容易使转轮连着主轴偏心受力，倒向一边。这就使得转轮上冠瞬时碰撞顶盖(由于下环与底环间的间隙比上冠与顶盖的间隙大，所以下环与底环间碰撞的可能性不大)。同时，由于主轴的倾斜，从而使主轴与各导轴承轴瓦发生瞬时磨擦。机组开启时，转轮上冠与顶盖的瞬时碰撞及主轴与各导轴承的瞬时磨擦是1#机引起振动的原因之一。　　另外一个原因是，转轮偏心运转导致转轮上冠处的水力脉动。转轮和顶盖之间存在微小密封间隙，若转轮偏心运转，这间隙在圆周方向上就变得不均匀，从而使通过间隙流进转轮上冠背面空腔的漏水量也变为不均匀。漏水量小的地方间隙压降增加，产生侧向压力，致使间隙中水压力脉动造成转轮(亦即机组)振动。　　随着导叶逐渐开启，水流均匀进水，机组转速从零逐步增大，各导轴承透平油离心力逐步增大，而逐渐上油。随着上油量增大，导轴承轴瓦与主轴间隙被圆环形压力油所包围，各导轴承油膜开始承受由于转轮自激弓状回旋及不均匀水力矩等引起的径向力，拉动整个轴向中心位置靠拢，转轮迷宫环处间隙变得较刚开机时均匀，从而使通过迷宫间隙的漏水量在圆周方向上分布较为均匀，对侧面的侧向压力差减小，迷宫环处水的压力脉动减弱，剧烈振动现象消失。　　关机时则与开机时的情况不同。导叶逐步关闭至零后，机组解列，转速缓慢下降，此时转轮室与外界的高压水已切断，这样即使迷宫处间隙压降存在，亦不是很大，而且导轴承的油膜直至机组完全停止并未完全破坏，仍可承受一定的径向力。所以，关机时不会引起剧烈振动。　　4　结束语　　通过调整上导轴承及水导轴承的间隙值，使机组开机时剧烈振动并伴有异常声音的老问题得以解决，机组已平稳、安全运行至今。


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