水轮发电机轴线摆度增大的原因分析

瞿吉国*



水轮发电机轴线摆度增大的原因分析

瞿吉国*

（中电投兰州新区热电分公司，甘肃兰州，730050）

水轮发电机主要是指以水轮机为原动机将水能转化为电能的一种发电机，当水流经过水轮机时，水能即可转化为机械能，水轮机的转轴带动着发电机的转子，将机械能转化为电能进行输出，水轮发电机助于水电站生产电能最主要的一种动力设备。在水轮发电机运行的过程中，水轮发电机轴线摆度属于判断水轮机工况的重要参数之一，水轮发电机轴线的摆度会出现异常增大的现象，这种现象的出现严重影响水轮发电机的正常运行及工作效率，为了分析水轮发电机轴线摆度增大的相关原因及解决对策，笔者针对水轮发电机的相关方面进行了分析。

水轮发电机；轴线摆渡增大；原因；对策

引言

水轮发电机主要是由水轮机进行驱动的，转子较为短粗，机组的启动及并网需要的时间不长，具有较为灵活的运行调度，适合作为调峰机组及事故备用机组，水轮发电机的转速决定着发出的交流电的频率，将转子的转速稳定才能保证交流电的频率，一般采用闭环控制的方式对水轮机的转速进行控制[1]，对即将发出的交流电的频率信号进行采样，将其反馈到控制水轮机导叶开合角度的控制系统中去，控制水轮机的输出功率，通过这种反馈控制原理来稳定发电机的转速。针对水轮机出现的摆度增大的现象，随着电力体制改革的发展及进步，水电站机电设备检修工作实行的状态检修已经成为必然，水电机组的摆度作为判断水轮机工况的重要参数，对摆度进行监测也已经成为重要话题。本文主要先对轴线摆度对水轮发电机危害及摆度增大的原因进行了详细的分析。

1 水轮发电机轴线摆度增大的危害

水轮发电机轴线摆度在旋转机械的运作过程中属于不可避免的现象，在水轮发电机运行的过程中若能将轴线摆度控制在正常的范围内能保证水轮机的正常运行，但水轮发电机轴线摆度一旦超出正常范围、出现异常增大现象将会造成严重后果，主要表现为：a.水轮发电机轴线摆度增大将会导致水轮机的零部件或焊缝部位出现疲劳，导致裂缝扩大的现象或零部件断裂的现象出现[2]；b.水轮发电机轴线摆度增大会让水轮发电机的机组连接部位出现不同程度的松动现象，让各转动部件及静止部件之间产生较大的摩擦力，甚至出现扫膛损坏的现象；c.水轮发电机轴线摆度增大会引起尾水管出现低频压力脉动现象，导致尾水管壁出现裂缝现象，当发电机、电力系统与其频率的自振频率相接近时，会产生共振现象，引起机组出力大幅度波动现象，最终导致机组从电力系统中解列，危及厂房及水工建筑物的后果。

2 水轮发电机轴线摆度的原因及摆度增大的原因

2.1 水轮发电机轴线摆度的原因

水轮发电机轴系产生摆度的原因较多，主要是由于轴线与镜板摩擦面不垂直、轴线与旋转中心线发生中心偏移导致的摆度现象，若镜板摩擦面与整个轴线出现不垂直的现象，当轴线回转时轴线一定会偏离理论回转中心线；若镜板摩擦面与其附近的一段轴时垂直，与下一段轴连接时，由于法兰面与轴线的不垂直而出现轴线曲折的现象，当轴线旋转时，便从折弯处形成锥形摆度圆，从而产生摆度；若整体轴线与镜板摩擦面追至，而整体轴线偏离理论旋转中心线，当轴线旋转时，依然会形成摆度圆[3]；在进行轴线调整时应考虑对轴线进行整体位移，对轴线摆度进行校正，对于轴线微量折弯的现象产生的摆度偏离，在轴线连轴结构允许的情况下可以利用这种方式校正轴线摆度。

2.2 水轮发电机轴线摆度增大的原因

水轮发电机产生振动主要是由于转动部分不平衡力导致的，主要是由于机组转动部分质量不均衡引起的惯性力、摩擦力及其它作用力导致的振动现象，由于流道内动水压力变化引起的振动现象，由于发电机电气部分电磁力引起的振动现象等，这些是导致水轮发电机轴线摆度增大的主要原因。

2.2.1 机械原因导致的摆度增大

（1）机械因素-设计及加工中的原因

在对水轮发电机进行设计的过程中机组整体支撑结构刚度较小，制造加工过程中的主轴加工精度、整体转动部分动平衡校核失准等，这些问题的出现会直接导致机组在运行过程中出现摆度增大的现象。

（2）机械原因-安装及运行中的原因

在对水轮发电机进行安装检修的过程中，发电机轴与水轮机轴的联接质量、各部分导轴承间隙与安装质量、轴线的对中质量等均属于影响水轮发电机摆度增大的主要原因；在安装及检修的过程中，由于推力头中心线与大轴中心线重合，绝缘垫厚薄程度不一，导致轴线垫歪的现象，最终导致摆度增大现象；由于绝缘垫厚薄相等，推力头中心线与轴心线属于倾斜的，新机组安装时导致套歪的原因是由于轴与孔加工时残留的椭圆度、平面等对中线的非垂直度等因素导致的，原先使用的老机组推力头由于多次检修时的套入及拨出等导致磨损及拉毛的现象，在套歪后极易导致摆动现象[4]。

（3）机械原因-轴线的原因

水轮发电机轴线主要通过调节推力瓦及镜板之间的绝缘垫调整轴承的摆度，机组从稳定的、安全的运行状态转变为摆度增大的现象可能是由于绝缘垫垫的不平稳的现象，长期运行导致高点形变引起轴线不正，导致摆度增大的现象。

（4）机械因素-动不平衡力的原因

由于水力作用较大，动不平衡力加剧，导致摆度增大的现象，导致这种现象主要是由于旋转体不平衡或轴承间隙过大的现象导致的，推力头与主轴之间可能存在超标间隙或者卡环不合格的现象，导致运行中的推力头摆动，旋转体随之摆动，导致摆度增大的现象。推力头套入时，在进行推力头套入的过程中由于热装切向键，导致推力头冷却收缩出现不均匀的现象，推力头内径变大，导致主轴与下端面出现接触不良的现象，推力头内孔下配合面发现存在生锈的现象，推力头与主轴配合间隙达到0.1毫米，且分布在整个圆周之上，由于推力头受到不稳定力的作用，导致间隙增大，摆度增大。

2.2.2 电磁原因导致的摆度增大

导致水轮发电机轴线摆度出现增大的主要电磁原因为：电磁相见不平衡、磁极松动、空气间隙分布不均等导致的，一般这种情况下检测发现励磁机空气间隙严重超声正常水平的标准。因此，励磁机空气间隙分布不均是导致轴线摆度增大的原因。

2.2.3 由于动态运行轴线不稳定导致的轴线摆度增大

由于机组动态运行轴线的不稳定性引起机组各部位出现振动及摆度增大的现象，机组上下导的摆度出现大小不稳定的现象，同一工况下的上机架振动随着摆度的变化而出现不稳定的变化，主要是由于机组动态运行轴线不稳定的现象导致的。在机组运行状态出现加励磁、开机、停机及甩负荷时、水轮机涡带对机组各部位影响较为显著时，发电机转子受到不稳定的径向力作用，导致大轴旋转中心方向出现变化，一旦机组轴线处于最佳状态时各导轴承摆度、发电机空气的间隙及水轮机换间隙均将处于最完美的位置；降低了机组各导轴承摆度，电磁力导致的机组上机架的振动幅度降低，相反则会增加机组部位的振动及摆度。当水轮发电机轴线处于非最佳的状态时上导摆度增大，电气不平衡力随之增大，导致上导轴承瓦受力增加，而导轴承能够承受的力是有限的，在经常性受到径向力时上导轴承瓦间隙会出现不同程度的增大，此时相应的上导摆度也会出现增大，上导瓦运行状况将日渐恶化。

2.2.4 水力原因导致的摆度增大因素

水轮发电机转轮承受着水流巨大的动能，当水力出现不平衡状态时，流入转轮的水流失去轴对称，导致水力不平衡的横向力出现，最终导致转轮振动及摆度，主要是由于过流通道部队称导致的，或者由于存在气蚀现象引起的振动及摆度有上游水位较低，下游尾水管空腔气蚀或尾水管淹没深度不够，而真空冲击较大，极易导致机组的损伤现象，伴随着强烈的金属打击声、雷鸣声等噪音，产生强烈的振动现象导致机组的运行出现异常[5]。

3 水轮发电机轴线摆度增大的处理措施

3.1 相应的检查及维护

首先应进行外观上的检查，在安装的过程中检查外观的基础板、连接螺栓、地脚螺栓等焊接完成，观察组合面合缝是否正常，一旦发现异常情况立即进行处理及解决。电子平衡检查，主要包括检查转子与发电机空气之间的间隙及定子与发电机空气之间的间隙，通过对定子线棒外观的检查，将定子部分线棒短路引起的磁拉力不平衡导致机组摆度增大。

3.2 对水轮发电机轴线摆度增大现象进行处理

针对大轴垂直度、水轮机、发电机同心度、镜板与大轴垂直度等进行检测，通过分析盘车的数据，利用刮垫的方式对上导进行处理，控制垫子的厚度。水轮发电机的摆度发生属于一个由量变至质变的过程，在运行过程中机组更为显著，因此，平时应做好机组运行及维护工作，应熟悉机组的工作运行状态及实际的原理，对机组的特性进行掌握，加强日常维护，将事故及故障的隐患控制在萌芽状态。

4 结束语

近年来的水电机组机械振动及摆度测量一直处于指针式的百分表测量的水平，随着科学技术的不断发展，对水电机组产生的摆度测量进行计算机实时监测及分析的条件日渐成熟，水电发电机组的振动及摆度是机械、电气及流体的耦合振动，将这种水轮发电机的轴线摆度增大的现象控制在正常水平，一旦出现摆度增大的现象应立即采用相应的检查方式针对摆度增大的现象进行检查后，确定导致轴线摆度增大的原因，实施针对性的处理促使进行解决，将水轮发电机轴线摆度控制在正常水平，保证水轮发电机的正常及安全运行。

[1] 高宗华, 李好山, 孙起东, 等. 水轮发电机组上导摆度增大处理[J]. 中国新通信, 2015, 12(15): 126-126.

[2] 赵海军, 王新洪. 悬式水轮发电机组轴线调整研究[J]. 大电机技术, 2014, 05(4): 30-34.

[3] 李伟, 张坤祥, 赵兵, 等. 水轮发电机组镜板水平与轴线摆度同步调整方法的探讨[J]. 水电站机电技术, 2017, 40(2): 15-17+25.

[4] 李熠, 刘灿学. 三峡特大型水轮发电机组总装调整技术[J]. 电工文摘, 2010, 37(1): 6-9.

[5] 徐林, 张本坚. 泸定水电站水轮发电机组轴线调整[J]. 科技风, 2011, 26(24): 109-111.

Analysis on the Cause of Increasing Axial Pendulum of Hydrogenerator

QU Jianguo*

(China Power Investment Lanzhou New Area Thermal Power Branch, Gansu Lanzhou, 730050, China)

Hydroelectric generator mainly refers to a generator that converts water energy into electric energy with turbine as prime mover. When water flows through turbine, water can be converted into mechanical energy. The turbine shaft drives the rotor of generator , The mechanical energy into electrical energy for output, hydropower generators to help the production of electric power is the most important power equipment. During the operation of the hydro-generator, the axial swing of the hydro-generator is one of the important parameters to judge the turbine condition. The swing of the hydro-generator axis will increase abnormally. This phenomenon is serious Which is related to the normal operation and working efficiency of the hydro-generator. In order to analyze the relevant reasons and solve the countermeasure of the increase of the axial swing of the hydro-generator, the author analyzes the relevant aspects of the hydro-generator.

hydro-generator; axis ferry increase; cause; countermeasures

瞿吉国. 水轮发电机轴线摆度增大的原因分析[J]. 数码设计, 2017, 6(5): 38-39.

QU Jianguo. Analysis on the Cause of Increasing Axial Pendulum of Hydrogenerator[J]. Peak Data Science, 2017, 6(5): 38-39.

10.19551/j.cnki.issn1672-9129.2017.05.015

TV738

A

1672-9129(2017)05-0038-02

2017-02-01；

2017-02-26。

瞿吉国（1965.09），男，甘肃永靖，工程师，本科，研究方向：水轮机稳定运行。E-mail: 2209282216@qq.com