刘老涧水电站机组摆度异常增大原因分析及处理

崔晓远，徐立建，陈 勇

(江苏省骆运水利工程管理处，江苏？宿迁？223800)

1 工程概况

刘老涧水电站位于江苏省宿迁市宿豫区仰化镇境内的中运河上，是淮水北调的第二梯级站，南水北调东线第五梯级站之一，具有调水、挡洪、发电等多种功能；自1996年建成以来，累计抽水约117.62亿m3，发电约4 300万kW·h，保证了苏北地区农田灌溉、工业及通航用水。该泵站经过20多年的运行，于2015年经安全鉴定为三类泵站。

2019年1月，江苏省水利厅批复8 937万元省级资金对该泵站进行加固改造，工程于2019年8月开工建设；改造后设计流量为150 m3/s，总装机容量为8 800 kW。

通过本次加固改造，解决了水泵气蚀严重，主电机定子铁心、矽钢片锈蚀变形，混凝土构件碳化等问题，提高了泵站运行效率，消除了工程安全隐患。

2 故障情况介绍

2021年5月，刘老涧水电站机组运行期间，突然发现动摆度增大、振动剧烈的情况，调取如图1所示的振摆监测系统波形图发现，2号机组的动摆度值发生跳跃性突变，增幅值达到5倍左右，并持续1 h左右。1 h后，摆度恢复，稳定在原来的2倍左右。

图1 振摆监测系统波形图

3 问题分析

3.1 振摆采集传感器故障

振动摆度传感器发生故障的可能性一般比较小，如发生故障一般需要进行更换；特别是振动传感器，损坏后只能进行更换，摆度传感器可进行调整，必要时需更换。大部分振摆传感器故障为通讯线路的故障，如信号端子随着长时间的运行发生松动，通讯电缆接头松动等，从而引起传感器输出数据的跳变。

考虑到刘老涧水电站刚经过除险加固改造，振摆传感器均进行了更换，运行时间短，发生故障可能性小，但也需进一步排查。

3.2 水导轴承问题

水导轴承的作用主要是承载机组旋转带来的径向力和振摆值，约束机组轴线位置，保证轴心稳定。水导轴承损坏会导致水导轴承间隙增大，从而引起机组在运行状态时产生较大的摆动。

据了解，刘老涧水电站的水导轴承采用的是岩龙材质，且机组安装完成至机组运行时间较短，水导轴承自身磨损损坏几率较小。

3.3 进水流态问题

进水流态差对水泵的安全运行及效率的影响很大，如下游水位过低、下游拦污栅上有过多水草等，都可能影响进水流态，从而可能导致机组发生气蚀振动，造成水力不平衡；机组在水力不平衡条件下运行时，摆度将明显增大。通过调取近几日水文资料发现，并没有发现低水位、大量来草堆积拦污栅的情况，基本可以排除进水流态差对机组摆度异常增大影响的原因。

3.4 叶轮室内部有异物

机组运行中，部分异物可能顺着水流进入进水流道，通过拦污栅间隙进入机组内部，在水泵内部撞击叶轮外壳、叶片等部位，引起机组振动、摆度的增大。对于可能的情况，需要通过水泵水下检查进行处理。

3.5 机组安装同心度、摆度不合格

刘老涧水电站机组属于全调节立式轴流泵机组，总轴线由电机轴和水泵轴组成，机组的垂直同心、轴线摆度的参数是否合格，直接影响机组运行中摆度、振动等情况，需要机组解体检查。

3.5.1 电机轴与镜板不垂直

在1台机组的同心和水平调整好之后，如果电机轴与镜板不垂直，这时回转轴线必将偏离理论旋转中心，造成电机轴与泵轴摆度增大；而且随着泵轴长度的增加，叶轮的摆度成比例增大。究其原因主要受多种因素影响：如推力头与主轴配合不紧，推力头底面与主轴不垂直，卡环厚薄不均，镜板加工精度不够，主轴本身存在弯曲，推力头与镜板间的绝缘垫不平整等。根据以往多次检修经验分析，主要还是推力头与镜板间的绝缘垫不平整所致，处理的方法是削磨绝缘垫。

3.5.2 泵轴与电机轴弯曲

泵轴与电机轴曲折是产生泵轴摆度的直接原因，而造成曲折的原因是联轴器端面不平。组合面与轴线不垂直，使泵轴成一定角度折向某个方位，这时轴线在回转时，轴线从曲折处开始，出现偏离中心的锥形摆度圆，产生了摆度；而且随泵轴的增长叶轮摆度随之增大，严重时会使叶轮碰壳；处理方法是在联轴器端面间垫楔形铜垫片或刮削法兰面。

10月22日刘老涧水电站管理所组织对2号机组开展检修，对电机上导、下导到水导都进行了拆卸，发现无部件损坏及明显磨损现象。

经过测量发现2号机组轴线中心为11丝，电机下导摆度16丝，上水导43丝，下水导13丝。在联轴器电机法兰和水泵轴法兰架设百分表，上法兰最大10丝，下法兰最大19丝，为同一方位，分析得出电机轴和水泵轴轴线不在中心，详见图2。

图2 轴不同心示意图

另外，上水导轴瓦因为供水不足、水质差，技术供水水源直接取自河道，存在泥沙和各种浮游杂物，在供水管内淤积形成水垢和淤泥；造成冷却器冷却效果降低，导致轴瓦因温度过高损坏，一定程度上加剧摆度变大，详见图3、图4。

图3 上水导损坏

图4 技术供水管道泥垢淤积

3.6 结论

综上所述，基本可判断刘老涧泵站机组运行期间摆度突然增大的原因为：电机轴和水泵轴轴线与其旋转中心不重合，偏差较大，使机组在旋转时不再那么平稳，各部位振动和噪音加剧；同时因为技术供水水质差原因加速了水导轴瓦的磨损、烧坏，导致振摆监测系统动摆度值发生跳跃性突变。

4 处置措施

明确摆度异常增大的原因后，经过与厂家协调确定了维修方案：上水导轴瓦重新浇筑，定制专用工具推动下法兰，使达到同一中心；再对大轴螺栓铰制孔重新铰制，对大轴螺栓重新加工。采用分开上下法兰用方挫磨削水泵法兰上止口，经过2次磨削止口，2个法兰面摆度分别为8丝和12丝；后又通过进一步调试安装确保各项数据优秀，使联轴器摆度在10丝以内，详见图5、图6。

图5 泵轴摆度测量

图6 现场施工照片

5 结 论

目前，经过调整，摆度已在规范范围内。为防止类似问题发生，待其他机组检修时，应重点关注联轴器部分是否有类似问题需处理。由于对机组运行摆度突然增大的原因分析准确，并采取相应措施及时处理，保证了机组的正常运行。