190MW水轮机转轮水力不平衡引起主轴摆动的分析及处理

摘 要：本文介绍了针对东风发电厂#2机主轴运行中随负荷增大，摆度增大（主要为水导）的问题，电厂从电气、机械、水力三方面逐一分析并处理。在检修中通过机组轴线检查、机组中心调整、磁轭键及磁极键更换、动平衡试验继而排除电气、机械方面的因素，最终锁定为水力不平衡因素，在机组检修中对转轮进行修磨，使机组运行中的摆度将处理前明显下降。

关键词：水导摆度；水力不平衡；转轮打磨

1 概述

水轮发电机机组的振动和摆度是一种非常有害的现象，它会降低机组的供电质量，威胁机组的安全运行和使用寿命，恶化水电站的工作环境。运行中，水轮发电机的振摆主要是由电气因素、机械因素、水力因素三个方面引起的。

（1）在电气因素中主要有空气间隙不均匀、电磁拉力不平衡。

（2）机械方面原因有轴线曲折、大轴垂直度超标（推力瓦受力不均匀）、机组中心偏差过大、转子动不平衡等。

（3）混流式水轮机中由于转轮过流部件制造偏差引起水流不平衡而造成摆动大致有下述两种情况。一是水轮机固定部件如蜗壳、座环引水不对称，造成相对于主轴中心的径向不对称力，方向是固定的，该不对称力随导叶开度增大而增加，这就造成一个频率与转速相同的交变作用力，而出现水轮机导轴承的偏磨现像；二是由于水轮机转动部件转轮叶片过流断面不对称或不均匀，造成一个相对于转轮中心的径向不对称力，方向随转轮的旋转而改变，该不对称力随流量增加而增大，这种不对称力随其旋转而作用在导轴承及其机座上，而使轴线变坏，导致主轴摆度或振动增大。

2 电气方面原因分析及处理

电厂在检修中发现无论如何调整，上迷宫环间隙和发电机上部空气间隙无法同时达标（标准为空气间隙≤8%，迷宫环间隙≤10%），实际空气间隙偏差为10.25%，电厂在机组A修中进行了机组中心调整处理。通过以底环为中心并调整定子中心后，机组中心最大偏差调整为9.05%。机组在投入运行后，在高负荷、90%以上导叶开度情况下水导摆度仍然较大，达到0.6mm（标准为0.35mm），摆度未明显降低，而机组在升流、升压试验中也并未出现随着电流、电压的增加出现振摆加大的问题。表明电气因素不是引起主轴摆度偏大的主要原因。

3 机械方面原因分析及处理

3.1 推力瓦受力情况

下表为机组检修时弹性油箱受力情况（控制标准为±10%）：

由上表可知推力瓦受力情况良好，同时检查发现镜板水平合格。

3.2 轴线检查

下表为机组检修时盘车数据

由表格计算可知水导相对上导的净全摆度最大值为：σ6-2=13-（-2.5）=15.5=0.155mm小于0.35mm标准要求，机组轴线良好。

3.3 转子动平衡检查

电厂在检修中发现磁轭存在松动现象，下表为对松动的磁轭键进行的打紧记录：

为了消除磁轭及磁极键松动导致的转子质量不平衡，该厂对转子进行了磁轭键及磁极键更换处理。并通过动平衡试验，根据试验结果选择配重块进行配重，以保证转子动平衡。机组在高负荷、90%以上开度是水导摆度仍得不到改善。最终电厂将主要原因锁定在水力因素方面。

4 水力不平衡分析及处理

在检修中，电厂发现转轮上迷宫环最低面与顶盖抗磨板最低面并未齐平，而是前者高出后者5mm，这就导致的水流在流经活动导叶后在转轮叶片的进口处部分受阻，同时通过查验#2机转轮制造检验记录，发现叶片的进口角有两个断面（EC1和EC3），EC1断面13个叶片进口角度单个值合格，EC3断面进口角平均值超差不合格。由于存在进口角偏差，流道断面不均与，高比速混流式水轮机转轮叶片轴面投影，且导叶高度较高，叶片立面长度较弯曲段长。当部分负荷工况时，流道内不能满流，水流偏转向转轮下环，上冠附近发生脫流或二次流；当负荷大时，流道内水流伸直转向上冠，下环附近发生脱流，这样就改变了作用力、力矩和径向分力，故当部分负荷时摆度小；当负荷大于70%以上时摆度随之增大。

电厂通过修磨转轮上冠，使转轮上冠与顶盖抗磨板齐平，确保转轮进口水流平滑过渡到转轮内，同时对形状偏差过大的#5、#8叶片进行了修磨处理，处理前后的机组水导摆度值在满负荷运行时平均值为0.476mm（最大值为0.5mm），比处理前的平均值0.606mm（最大值为0.716mm）降低了不少，表明我们对转轮水力不平衡的分析和处理是行之有效的。

5 结语

本文分析了东风发电厂#2水轮机水导摆度偏大的原因，从机组水力、机械及电气原因进行分析，找出水力不平衡是主要原因，制定相应的改造措施，最终采取转轮打磨等主要措施，取得良好效果，改善了设备运行状况，可供同类机组处理此类故障提供参考。

作者简介：罗禄堂（1988-），男，贵州罗甸人，助理工程师，四川大学水电学院本科毕业，热能与动力工程专业，从事水电站水轮发电机组检修工作。