水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡分析與處理趙邦銀

新疆額河水電有限公司【摘要】大中型水輪發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子通常是在安裝現(xiàn)場(chǎng)疊裝,一般是按照相同重量對(duì)稱懸掛磁極，現(xiàn)場(chǎng)通常又不具備做動(dòng)平衡試驗(yàn)的條件，機(jī)組安裝完畢投產(chǎn)后難免有動(dòng)不平衡的情況。本文介紹了水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡的現(xiàn)象及分析，并介紹了配重處理的過(guò)程，值得借鑒?！娟P(guān)鍵詞】發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡水平振動(dòng)垂直振動(dòng)一、機(jī)組概況本公司“喀站”裝機(jī)四臺(tái)，機(jī)組總?cè)萘?*40MW機(jī)組型號(hào)“SF40000-20/5500”，立軸懸垂型，額定轉(zhuǎn)速“300r/min”，額定水頭“86.3m”,額定流量“54.98m3/s”,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量GD“a1776t.m2”,軸承冷卻方式為“油浸式自循環(huán)水冷卻” 。1-4號(hào)機(jī)組分別于2010年7月至9月相繼投產(chǎn)，但4號(hào)機(jī)組投產(chǎn)后運(yùn)行異常，與其它機(jī)組相比，有很大的低頻轟鳴聲，上機(jī)架水平振動(dòng)偏大。二、異?，F(xiàn)象及危害1.機(jī)組異常的轟鳴聲4號(hào)機(jī)組運(yùn)行聲音異常，如飛機(jī)飛行的轟鳴聲伴隨有嗡嗡的震顫，在水機(jī)室半封閉環(huán)境下，這種高能量的低頻轟鳴聲讓人耳膜無(wú)法承受,高達(dá)120-130分貝，而正常機(jī)組在同樣運(yùn)行工況同一位置為80-90分貝。機(jī)組上導(dǎo)支架水平振動(dòng)值偏大4號(hào)機(jī)組除了聲音異常大外，機(jī)組上導(dǎo)水平振動(dòng)偏大，人站在上機(jī)架上明顯感到晃動(dòng)，水平振動(dòng)實(shí)測(cè)值如下：

並埋之前測(cè)晝站（單位："4號(hào)水輪"發(fā)電機(jī)組"上導(dǎo)“水平"水平祇空轉(zhuǎn)狀態(tài)q0,L"0.02<0.25*0.03屮0.02-0.空載狀盍』0,L"0.0"0,26.0,04，0.02^0.20<22DOOKA為荷-014^0.02^0.2“0.。險(xiǎn)o.02p0畑從上表中可以看出，機(jī)組上導(dǎo)除了水平振動(dòng)偏大外，垂直振動(dòng)、大軸擺度基本是滿足要求的，水導(dǎo)的軸承支架水平、垂直振動(dòng)、大軸擺度均滿足要求。 《水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》（GB/T8564-2003）對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組帶導(dǎo)軸承支架的水平振動(dòng)允許值如下表紅色數(shù)值：GBT 電水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范茂劉水蜒腿電機(jī)組抵動(dòng)允許苣；單位上nun-型號(hào)??SB定結(jié)速*n：r/min■-lQ0>：n：2j0-25O^n<375<'立TC水輪頂盃K平嘯功.0.09.0or0.0麻0.03p0.11-0.d0.06.0.曲水輪揑電機(jī),，帯推力軸承支架的垂直據(jù)0.08.'0.07-'0.05/0.0右0.11^0呱0.07*0.0條定子鐵補(bǔ)部位基座水平振0.040.03^0.02*0.曲定于鐵右振動(dòng)門QOHt取振IffttDt*o.m”0.0乳0.03^0.0*注：抓荒值系指和［迅左除過(guò)過(guò)匡廳厲外昉各*叫總疋遠(yuǎn)行工;P下藥代振悵圧額定轉(zhuǎn)速在250至375r/min之間的機(jī)組允許值為0.07mm,而實(shí)測(cè)值在機(jī)組空載狀態(tài)（發(fā)電機(jī)全壓不帶負(fù)荷）為0.16mm,是最大允許值的兩倍還多。機(jī)組下導(dǎo)油盆蓋迷宮環(huán)對(duì)大軸瓦裙有明顯的“啃食” ，檢查圖片如下：機(jī)組上導(dǎo)支架水平振動(dòng)值偏大的危害容易使機(jī)組上機(jī)架連接部件松動(dòng)， 使轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件之間產(chǎn)生摩擦甚至掃膛而損壞。引起零部件或焊縫疲勞，形成并擴(kuò)大裂縫甚至斷裂。由于轉(zhuǎn)子與定子氣隙不勻，轉(zhuǎn)子運(yùn)行受力不均，可能引起大軸彎曲變形，而軸變形越大，振動(dòng)也越嚴(yán)重。三、原因分析與檢查分析機(jī)組上機(jī)架水平振動(dòng)偏大，主要從水力、機(jī)械、電氣三個(gè)方面的因素進(jìn)行，分別對(duì)轉(zhuǎn)子的疊加工藝、磁極重量、圓度，發(fā)電機(jī)氣隙，導(dǎo)瓦間隙，導(dǎo)軸承擺度，導(dǎo)軸承機(jī)架的水平、垂直振動(dòng)等數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，初步確定 4號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)過(guò)大是由于發(fā)電機(jī)組偏心、推力瓦不平、鏡板傾斜以及轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的機(jī)械方面振動(dòng)。針對(duì)上述可能原因進(jìn)行了如下檢查內(nèi)容。發(fā)電機(jī)組中心檢查吊出發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)子及轉(zhuǎn)輪，對(duì)發(fā)電機(jī)的上、下機(jī)架，水輪機(jī)的座環(huán)進(jìn)行中心檢查。對(duì)上導(dǎo)瓦、瓦背、推力瓦、抗重螺栓、推理頭、鏡板進(jìn)行全面檢查對(duì)下導(dǎo)瓦、瓦背、軸領(lǐng)進(jìn)行全面檢查。對(duì)水導(dǎo)瓦、瓦背、抗重螺栓、水導(dǎo)軸領(lǐng)等進(jìn)行全面檢查。測(cè)量并調(diào)整鏡板水平。轉(zhuǎn)子推中，發(fā)電機(jī)空氣間隙、轉(zhuǎn)輪上冠、下環(huán)同心度及中心調(diào)整。打推力瓦受力及機(jī)組軸線定位。機(jī)組回裝并調(diào)整上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)瓦間隙。經(jīng)過(guò)上述檢查、調(diào)整后，前、后數(shù)據(jù)對(duì)比如下:轉(zhuǎn)子氣隙調(diào)整前后數(shù)據(jù)YY1IV.15ime2Q.N.-L2俞1 \ /匕19.1|rR,TItS/ 、k\\ //x1^3f111.3m.1. 「Jk_Drx Ml 1 jMrfr——iiLiY 14 ；|.M.jf1||uS-"WIMSJ.3”■1ih713.5、?H梓.K-ALT詼J IViy,7調(diào)整雋轉(zhuǎn)子氣隙 謂整后轉(zhuǎn)子氣隙"鏡板調(diào)整前后數(shù)據(jù)OZSnmii002uun0.02iiLnL

OZSnmii002uun0.02iiLnL上導(dǎo)中心調(diào)整前后數(shù)據(jù)'■a331UU1133O51IUU +X -X心一曲1皿訕上導(dǎo)中心調(diào)整前后數(shù)據(jù)'■a331UU1133O51IUU +X -X心一曲1皿訕'505mm331.5minMinim上導(dǎo)詞整前數(shù)揚(yáng) 上拆調(diào)整后數(shù)據(jù)-下導(dǎo)中心調(diào)整前后的數(shù)據(jù)-X. 2*J4inin]巧5nun.心'X. 2^sinni295nun?^J?nnu下導(dǎo)調(diào)整前載撼_V.E導(dǎo)凋整后數(shù)據(jù).轉(zhuǎn)輪迷宮環(huán)間隙十耳F.1-OSnm卡Y”Jk]15nuit-X■+V?也■YLlOmnil^OOnmi1JBllll1111>31111112liimnV- ,120nunJ轉(zhuǎn)輪迷宮環(huán)謁菇前間尊轉(zhuǎn)輪迷官環(huán)調(diào)唸后［司隙主軸密封間隙（設(shè)計(jì)單邊間隙 0.35-0.50mm）亠Yih0.4011MH?亠X035mm0r40nim.040mm上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)瓦間隙調(diào)整。上到瓦設(shè)計(jì)間隙0.15mm-0.20mm,下導(dǎo)瓦設(shè)計(jì)間隙0.15mm-0.20mm,水導(dǎo)瓦設(shè)計(jì)間隙0.15mm-0.20mm。<■匚F*上到瓦間隙nI下導(dǎo)瓦閆隙\oIs./\<■匚F*上到瓦間隙nI下導(dǎo)瓦閆隙\oIs./\/\1IH/\4HR0IS通過(guò)對(duì)4號(hào)機(jī)組機(jī)械結(jié)構(gòu)檢查，中心、水平、氣隙調(diào)整，回裝后運(yùn)行的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)如下:<3*-lxia▼R號(hào)電4M導(dǎo)上小育動(dòng)e扳擺導(dǎo)溫上瓦直■fee擺導(dǎo)渦一7K-瓦I.R.O02.0.20.0.40.6.2303.a2o0.s.?Ti408.0.0.20.0.O-43.8.303V0.2-o0.&-I1141IOB02.O-9110.樂(lè)40.lJ3a35.8.32.o0.7112.4-從調(diào)整前后的數(shù)據(jù)分析，上導(dǎo)、推力、下導(dǎo)、水導(dǎo)的瓦溫是符合規(guī)范要求，說(shuō)明瓦間隙，推力瓦水平、受力都滿足要求；機(jī)組上導(dǎo)和水導(dǎo)的擺度都較小，證明機(jī)組的軸線也是符合要求的；機(jī)組空載的振動(dòng)從調(diào)整前 0.16mm減到調(diào)整后的0.08mm,帶滿負(fù)荷后振動(dòng)減到0.07mm，有了明顯的效果，但未達(dá)到規(guī)范規(guī)定的 0.07mm的允許值范圍內(nèi)，隨著運(yùn)行時(shí)間增加，導(dǎo)瓦間隙的變化，水平振動(dòng)還會(huì)逐漸變大。機(jī)組經(jīng)過(guò)上述的檢查調(diào)整后，雖然有了明顯的改善，但還存在其它的因素一轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡的問(wèn)題，有幾個(gè)明顯的特征也待解釋,如：水平振動(dòng)的頻率和機(jī)組轉(zhuǎn)速頻率一致，振幅值隨轉(zhuǎn)速增加而增大；重負(fù)荷時(shí)振幅值減??；下導(dǎo)瓦裙一邊“啃食”其次，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子是在現(xiàn)場(chǎng)疊裝的，雖然在安裝過(guò)程中為使轉(zhuǎn)子均質(zhì)分布而采取了對(duì)磁極稱重均衡疊裝的措施，但沒(méi)有做動(dòng)平衡試驗(yàn)，轉(zhuǎn)子不平衡的理由是存在的。四、處理過(guò)程由于現(xiàn)場(chǎng)不具備轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)條件，采用了目前國(guó)內(nèi)常用的“三次試加重法”，雖然效率沒(méi)有先進(jìn)的儀器那么快，但在本次處理過(guò)程中達(dá)到了非常好的效果。本次處理過(guò)程配重共進(jìn)行了八次，將4號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組空載時(shí)上導(dǎo)水平振動(dòng)0.08mm減少到0.02mm,水導(dǎo)振動(dòng)也減到0.01mm,使整個(gè)機(jī)組達(dá)到了非常平穩(wěn)的狀態(tài)。將天車大鉤落下，作為監(jiān)測(cè)發(fā)電機(jī)上機(jī)架水平振動(dòng)用百分表磁放基礎(chǔ)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為準(zhǔn)確，如下圖：“三次試加重法”具體操作順序就是在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子的同一半徑互成120°的三點(diǎn)逐次加試重塊，分別啟動(dòng)機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速，并測(cè)記軸承所在機(jī)架各次的振幅 ui、U2、U3,連同未加試重時(shí)所測(cè)得的振幅值U0共有四個(gè)，根據(jù)這四個(gè)振幅值計(jì)算求出轉(zhuǎn)子原來(lái)存在的不平衡質(zhì)量的大小和方位。轉(zhuǎn)子質(zhì)量150000kg，機(jī)組配重前空載最大振幅 0.08mm配重半徑是240cm,額定轉(zhuǎn)速300r/min。轉(zhuǎn)子配重試塊計(jì)算公式(與振幅有關(guān)的公式) m=450u°G/RnH2(公式中：m為試塊重量，也就是需要配重重量 ，kg；U0為機(jī)組配重前的最大振幅,1/100mm；G為轉(zhuǎn)子質(zhì)量Kg；R為配重半徑,cm；nH為額定轉(zhuǎn)速,r/min。根據(jù)公式計(jì)算出機(jī)組試加配重塊的質(zhì)量為：200=450X(u°G/RnH)=450X[(0.08X100X150000)/(240X3002)]=25kg為了避免機(jī)組因配重產(chǎn)生劇烈振動(dòng)， 在試加重時(shí)選擇試重塊為17kg(即m為17kg)，三次試加重后啟動(dòng)機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速分別測(cè)量上導(dǎo)振動(dòng)值。第一次試配重后，啟動(dòng)機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速測(cè)量機(jī)組上機(jī)架水平振動(dòng)值U1=0.15mm，第二次U2=0.06mm,第三次U3=0.03mnr。up=0.578V(U12+U22+U32-3u02)=0.578V(0.152+0.062+0.032-3X0.082)~0.051mm根據(jù)三次試加重測(cè)試數(shù)據(jù)計(jì)算實(shí)際需配重的質(zhì)量為：m=(uo/up)xm=(0.08/0.051)x17?27kg應(yīng)加配重塊的固定角：a=60°-arccos[ (ui2-u02-up2)/2u0Up]=60o-arccos[(0.152-0.082-0.0512)/2x0.08x0.051]=60o-arccos1.654式中：a—配重塊固定角，它是從最小振動(dòng)值 U3向中間振動(dòng)值U2偏移的夾角。此題無(wú)解，是因?yàn)闄C(jī)組振動(dòng)不單是由轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的，還有其它的因素—如電磁力和水力等的影響，這就使得計(jì)算受到了干擾，產(chǎn)生了計(jì)算誤差，這也說(shuō)明本次配重試驗(yàn)不能一次配重成功?？紤]到配重方位在 C點(diǎn)偏B點(diǎn)方向左右，圍繞C點(diǎn)左右每次移動(dòng)20°分別加試重塊并啟動(dòng)機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速，測(cè)量上機(jī)架振動(dòng)值 U4、U5、U6、U7如下。第四次配重后，啟動(dòng)機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速測(cè)量機(jī)組上機(jī)架水平振動(dòng)值U4=0.05mm,第五次比=0.03mm第六次U6=0.03mm,第七次u7=0.04mm。

根據(jù)所測(cè)得的振動(dòng)值 U4=0.05mm山=0.03、山=0.03、山=0.04可知試重塊在E點(diǎn)、F點(diǎn)時(shí)機(jī)組振動(dòng)值最小，經(jīng)計(jì)算4號(hào)機(jī)組的不平衡質(zhì)量是27kg，最后決定在E點(diǎn)、F點(diǎn)分別加17kg、10kg配重鋼板固定并焊接。第八次配重如圖:第八次配重如圖:啟動(dòng)機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速測(cè)量機(jī)組上導(dǎo)水平振動(dòng)值 0.02mm五、處理后的效果喀站4號(hào)機(jī)組共經(jīng)過(guò)了8次配重試驗(yàn)，取得了非常好的

效果，第8次配重完成后啟動(dòng)機(jī)組，各部位振動(dòng)、擺度數(shù)據(jù)如下：?jiǎn)挝籱m4號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組(空戟八上導(dǎo)「水平振動(dòng)*垂宜振水平振動(dòng)A握度*水平振垂宜振動(dòng)J第一次0.15*0”040.22^0.爍0.02^030.02^001*第二次0.06』0.02^o.m0.02-0.0"0.17^0.叫0.005^(6a03*Q.OI&p0.l&f0.02-0.020*00升Ox005^第四次(嘰0,024.0.15^0.02^0.0L'①⑸0.005』0.00%第