水轮发电机组安装中的相关问题及处理分析

2021-11-28

中国科技纵横 2021年1期

（云南省滇中引水工程有限公司，云南昆明 650000）

0.引言

目前我国人民的物质生活水平正在不断提高，同时我国人民的环境保护意识和要求也越来越高，对于清洁能源的需求也在增加，这给传统的火电厂带来了压力，因为火电厂本身十分消耗能源，传统火电厂对环境的污染很高。因此国家正不断提高水力发电的规模，对于水力发电工程来说，水轮发电机组的运行质量对发电的效率和电网的稳定有着重要的影响。另外其中机组的运行质量也是水力工程中的关键控制内容，不仅需要严格做好机组安装质量的控制工作，还需要定期进行机组运行状态的检查，从而大幅度减少水力发电机组的故障次数和概率，并针对机组安装和运行过程中的问题进行解决，从而确保机组安全和稳定运行，最终提高水力发电工程的运行质量和发电量，这也是促进我国经济稳定和高速发展的重要因素。

1.我国水力发电的发展现状

水力发电是目前我国主要的发电方式之一，也是我国电力发展的主要方向之一。因为这种发电方式十分环保，对环境的污染和损害也比较小，而且具有超过90%以上的发电效率以及很低的发电成本。除以上优点，水力发电工程还有着调节电网、防洪、灌溉、河流航运以及交通等综合作用，所以水力发电工程在我国很受欢迎。我国水力发电最多的省份主要是四川、云南、湖北、贵州等省份，这四个省份的水电发电量占全国的水力发电的70%左右。在水力发电厂的不断建设和增加的过程中，也出现了很多水轮发电机组安装运行质量问题，因此需要对水力发电工程中水轮发电机组的安装等问题进行详细研究和分析。

2.水轮发电机组安装过程中存在的问题

2.1 固定部分的安装问题和解决对策

在水轮发电机组的安装过程中，通常需要利用水轮机座环确定水轮发电机组的安装中心，同时还需要对发电机转子和发电机定子的中心位置进行确定，以便确保发电机组的气密分布均匀。在确定上述固定中心后，将有助于机组部分的附加力作用于轴承部件中，这样不仅能确保机组长期的安装中心与机组旋转中心重合，还可以有效防止机组中出现波动[1]。上述情况出现问题，不光容易导致机组安装过程中出现固定部分中心偏差和错误等问题，还会造成水力发电的失衡，从而导致整个机组安全和高效运行受到影响。因此这就需要机组在安装过程中，一方面提高座环、底环与转轮之间止漏环的间隙调整精度，确保止漏环均匀，从而减小水力不均匀引起的水力振动，保证机组运行的稳定性。另一方面在发电机安装过程中，测量和调整静态下和动态下发电机空气间隙，提高发电机转子与定子之间空气间隙的均匀性，减小机组运行过程中因电磁拉力不均匀引起的电磁振动。此外，还需要兼顾调整好机组导轴承和推力轴承的挡油圈、油槽盖与机组轴系的间隙均匀，以减小运行过程中油雾的产生。机组固定部件与旋转部件位置确定应根据所测量的部件的断面尺寸加密测量点数，采用最小二乘法进行计算确定，可以一定程度的减小部件本身加工的不圆度对机组安装调整精度的影响。

2.2 机组轴线调整和轴瓦间隙分配的问题

水轮发电机在安装过程中，机组的轴线调整和轴瓦间隙分配是水轮发电机组安装十分重要的内容，其直接影响机组运行的振动和摆度。机组轴线调整前，检查机组所有旋转部件与固定部件间隙符合设计要求且均匀，抱紧最靠近推力轴承位置的导轴承的4块或8块轴瓦，抱瓦间隙0.02mm～0.04mm。并自上而下在机组所有盘车需要监测摆度的部件断面上均匀设置8个测点，测点一般由+Y方向起始，逆时针编号。盘车前，做好检查确保机组在自由状态，确保推力轴承镜板与推力瓦清洁无杂质，测量调整好推力轴承受力和镜板水平，在镜板和推力瓦间均匀涂抹一层润滑脂。采用电动机械盘车时，需在测点对正且关闭电源的情况下读取百分表读数，且一般记取后盘车后两圈读数以免数据失真。轴线调整可采用刮削卡环、刮削转子与推力头垫板和大轴法兰加垫等方式进行。轴线调整好、止漏环间隙及发电机空气间隙调整好后，根据盘车的结果调整各部导轴承的抱瓦间隙，一般情况下可采用抱偏心瓦的方式，结合轴承实际摆度计算各块轴瓦的抱瓦间隙，这样有利于机组运行摆度的控制。此外，在导轴承抱瓦时，应做好防止大轴偏移的措施。

2.3 镜板水平和推力轴承的问题

水轮发电机组安装过程中镜板水平与推力轴承安装质量是十分关键的。在目前的大型常规水电站和抽水蓄能电站中，推力轴承的结构采用三波纹不可调弹性油箱结构较多，这种结构的推力轴承受力不可调整，因此对机架的安装水平度有很高要求，一般为0.02mm/m。这种结构的推力轴承一般选择对机架进行预装并通过镜板水平来控制机架水平，混凝土浇筑过程中格外注意采用百分表对机架水平及位移的监测并要严格对称均匀缓慢浇筑。在正式回装下机架时，再次根据镜板面的水平进行机架水平度调整，确保镜板水平不大于0.02mm/m。此外，在推力轴承部件安装前，需要仔细清扫且测量复核各个部件的尺寸及偏差应满足图纸要求。在转子吊装前后均需格外重视推力头与镜板、推力头与转子法兰面的间隙应符合图纸要求，一般要求0.02mm塞尺不得通过。在每次盘车前，应顶起转子起落三次确保机组自由状态后，测量镜板静态和动态下的旋转水平和镜板的跳动值应符合设计要求[2]。

2.4 水轮机卡门涡的形成和危害

水轮机的内部水流动可以视为不可压缩、非定常的黏性流动，因为水流在绕流叶栅的过程中如果达到一定的雷诺数，就会在叶栅尾部出现边界分离的情况，同时也会形成一种漩涡，漩涡自叶栅尾部两侧交替脱落，而在尾迹区则会形成非对称且旋转方向相反、流动不稳定漩涡，这就是我们所说的卡门涡。这种卡门涡会在不断形成和消失的过程中，形成垂直于主流方向引起交变的振动力。而当卡门涡的频率和叶片固有的频率接近时，将会引起叶片巨大的共振，不仅整个机组振动急剧增大，还会在叶片的出水边产生裂纹，甚至出现叶片根部振裂的情况。例如我国的岩滩水电站的机组振动就是由于卡门涡而引起的。处理这种卡门涡最好的办法就是对叶片的出水边进行非对称的削薄和修剪，这种方式不但能提高卡门涡脱落的频率，还能降低激振幅值，此外修剪过的叶片一般也不会发生裂纹，最终达到消除卡门涡共振的效果。另一个方式则是在水力设计阶段通过仿真软件模拟计算出叶片的固有频率，采取结构优化等措施避开叶片固有频率与水力频率重合，避开共振。

3.水轮发电机组的安装质量控制措施

因为水轮发电机组在安装过程中很容易出现以上问题，所以需要加强水轮发电机的安装质量控制。首先，需要科学的、合理地制定水轮发电机的安装方案并且严格按照标准施工，另外还需要考虑外部市场环境的变化以及机组设计制造的具体情况来实施，从而确保整个机组的运行要求[3]。其次，在安装结束后需要对安装过程的各个环节进行总结和改进，以便在以后的机组安装过程中进行优化调整。最后，针对机组的检查工作，则需要对水轮发电机运行过程中容易和经常出现损耗和关键的零部件进行检查，以便防止一些突发性故障的出现。并且针对这种突发性情况，制定相应的应急措施以减少水轮发电机组突发性故障的概率，同时用最短的时间使机组的运行状态恢复正常，这也是减少水轮发电机组故障的重要方式。