水轮发电机组振动问题高技.docVIP

水轮发电机组机械振动原因及解决方法 广东省电力技工学校 张希栋 [摘要]本文尝试分析水轮发电机组机械性振动的产生原因，并以典型事例介绍振动异常和振动过大，对水轮发电机的危害以及减振与消振的方法。 [关键词] 旋转机械 水轮发电机组 机械振动 1 引言 水轮发电机组振动异常和振动过大是影响机组安全运行，导致设备存在事故隐患的常见现象。机组的振动多与结构有关，立式悬吊机组的推力轴承在转子的上方，传动轴主要由：主轴上端密封装置（推力轴承、上导轴承等）、转子、下导轴承、联轴器、下端密封装置（水导轴承、顶盖与止漏环等）、导水机构、水轮机等构件组成。推力轴承由推力头和镜板组成动件（采用螺栓连接），推力轴瓦和上导轴瓦安装在瓦架支承体上，组成不动件，与机组上支架相连。由此可知，推力轴承担负着转轴自重和机组工作负荷，也就是说，转轴单边受力是导致机组振动的主要原因。本人在参加机组检修工作中，遇到一些水轮发电机组振动的典型事例，并且运用振动的相关知识，较好地消除了影响水轮发电机组正常运行的异常振动。在此着重讨论引起振动的机械因素及其危害和减振的方法。 2 振动原因分析及解决方法 机组振动源主要来自于主轴旋转、电磁作用、水流体冲击和压力以及噪声。机组振动的干扰力主要有惯性力、摩擦力和其它力。振动的主要表现为机械磨擦和油膜振荡。在不考虑共振的情况下（可使工作转速避开临界转速来减小共振），机组振动的种类从故障发生的频率分析主要有轴线不正、转子质量不平衡和各种压力脉动产生的振动。一般特征是故障振动频率等于机组转动或整倍数的机组转动频率；从振动相位分析有相位不变化（同步）的强迫振动和相位变化（不同步）的自激振动或其它振动。 2．1机组轴线不正 旋转机械中，最理想的是机组中心、旋转中心及轴线三者重合，但实际上三者完全重合是不可能的，只要控制在一定范围内，对设备安全运行和使用寿命不会造成太大危害。但是，一旦超出许可值，或处于临界状态，则对旋转机械的运行参数产生重大影响，导致事故增加甚至设备损坏。 水轮发电机组轴线不正的表现形式主要来自两个方面，一是轴线与推力头底平面不垂直（即轴线倾斜），二是轴线在联轴器的法兰结合面发生曲折（或是主轴弯曲）。由于轴线倾斜或曲折，使机组转子的总轴向力不能通过推力轴承中心，而产生一个偏心力矩。随着转子的旋转，偏心力矩也同时旋转，使得推力头与镜板的联接螺栓和推力轴瓦各支柱螺栓承受的是脉动力，其脉动频率与转速频率相同，从而导致各个部件，特别是联接件的轴向和径向振动。当联接螺栓长期承受脉动力时，材料内部出现“疲劳磨损”而产生细微裂纹，这将导致存在发生严重事故的隐患。1989年底，长潭水电厂2号机组大修回装“盘车”时，就因推力头与镜板的联接螺栓内部有微细裂纹，测量推力轴承的振动“摆度”时，出现大于0.12mm许可值的情况。“盘车”第11天才找到“振动摆度”超差的原因，机组的经济效益受到一定的影响，更换联接螺栓再“盘车”后，摆度恢复控制在许可值范围内。 南水水电厂3号机组同样因为轴线不正使得机组振动摆度超出许可值，导致机组推力轴承“烧瓦”和其它部件相互磨擦而造成事故停机的现象。3号机组安装时，就存在转子失衡（生产厂家在转子上嵌有配重块）和主轴偏离中心的问题，机组长期处于故障的临界状态运行，水导轴承几次“烧瓦”，主轴下密封装置与水轮机转轮上环经常磨擦，致使止漏水封和迷宫环磨损。经过检测，证实3号机组水轮机法兰端面与中心线不垂直，是导致主轴偏离轴线的主要原因。如图所示，当水轮机法兰端面至水导轴承处的长度为2500mm时，水轮机转轮水导轴承处通过相位测量，测得偏心距为0.35mm，法兰盘的接触直径为500mm，计算得出法兰端面的倾斜增量△δ： tgα1 = tgα1 = 0.00014 由三角形关系可知： α = α1 法兰端面倾斜增量： △δ = 500×tgα= 500×0.00014 = 0.07mm 由上述关系得知，振动摆度的大小与转轴的长度，推力头底面（或法兰端面）与轴线的垂直度有直接的关系。转轴越长，垂直度的要求越高，产生振动的可能性越大。由此可见，轴线不正是机组振动的主要原因之一，是影响机组安全运行的直接因素。当时本人担任水轮机工作面的负责人。根据联轴器“找中心”的工作原理及必要条件，向主管技术部门提出对水轮机法兰端面进行刮研修复的建议。这一想法经过专家的论证并得到大力支持。 根据2.5兆瓦水轮发电机检修规程规定，水轮机水导轴承处的主轴单幅振动摆度不应大于0.14mm，取值0.1mm作为计算标准，则有： tgα1 = tgα1 = 0.00004 由三角形关系可知： α = α1 法兰端面倾斜量： △δ1