摘要：从宝珠寺水电厂2号水轮发电机组振动。摆度增大的故障出发，阐述机组振动。摆度增大的处理过程和原因探讨。
关键词：水轮发电机组　振动　摆度　处理
1　概述
宝珠寺水电厂单机容量为175MW，总装机容量为4′175MW。水轮发电机组由东方电机有限公司生产，机组设有发导轴承、推力轴承、水导轴承。水轮机型号为HLD89-LJ-500，设计水头84.4m，额定流量239m3/s，额定转速136.4r/min，水轮机总轴向推力8.044′106N。水导轴承采用油浸式自循环非同心分块瓦轴承，轴瓦共10块。
发电机为立轴半伞式结构，具有一个上导轴承安装在上机架内，推力轴承安装在下机架上，推力轴承的冷却采用外加油泵外循环冷却方式。发电机型号为SF175-44/10350，额定功率200000/175000kVA/kW，发电机转子飞转力矩GD2不小于30000t-m2。
推力轴承采用塑料瓦和加有托盘的弹性支撑方式，弹性油箱采用装配式结构，并相互连通，整个推力轴承和油槽装置放在下机架上。上机架中心体内设有一个上导轴承，并采用楔子板支撑方式，共12块轴瓦，在上机架中心体设有8个翘式散热器。
2问题的提出
2.1自2号水轮发电机组投运以来，设备的不安全情况随之暴露了出来，从振动、摆度在线监测装置测出的数据来看，机组在有励磁情况下，上机架的水平振动比较大（因振动、摆度在线监测装置刚投运不久，以前无法监测到机组机架的振动量）。
在2001年3月检查性大修中，对发导轴承、水导轴承进行了解体检查和瓦间隙测量，发导、水导瓦间隙异常变大。发导最大双侧瓦间隙0.98mm（2#、8#瓦），比设计的双侧瓦间隙0.60mm大将近0.40mm；水导最大双侧瓦间隙1.02mm（3#、8#瓦），比设计的双侧瓦间隙0.60mm大将近0.42mm。检查发现水导轴承12个螺套中的一半(1#、2#、3#、6#、7#、10#)点焊开裂。
在2号机组检查性大修中对弹性油箱进行了压伸试验，弹性油箱受力均匀，伸缩试验的最大值与最小值之差未超过0.20mm，镜板水平度为2.65mm/m，均符合《水轮发电机组安装规范》的要求。对发电机上端气隙进行了测量（由于发电机下挡风板封闭，无法对发电机下端气隙进行测量），发电机气隙基本合格，发电机最大、最小气隙未超过平均气隙值的±10；水轮机上迷宫环间隙不均匀。在检修中对水导轴承1#、2#、3#、6#、7#、10#瓦螺套开裂部分进行了加固补焊，对机组转动部分重新推中心，复测上迷宫环间隙和发电机气隙合格后，将发导、水导瓦间隙调至0.30mm，最后将机组恢复至备用。
2号机检修后在空载或带负荷情况下，发导、推力轴承的温度均匀正常，水导轴承的各瓦温均匀正常，水导、发导、推力轴承各部位的摆度正常。但从振动、摆度在线监测装置测出的数据来看，机组在有励磁情况下，上机架的水平振动比较大（因振动、摆度在线监测装置刚投运不久，以前无法监测到机组机架的振动量）。
2.22001年10月8日，运行人员发现2号水轮发电机组的摆度异常增大，机组被迫停机。为了确保系统的调峰能力，按照调度的要求对2号机组进行了临时抢修，根据上一次检修后的数据确定机组中心，重新调发导瓦间隙至正常，于当日交给系统。
2001年10月8日事故抢修中发现部分发导瓦间隙明显变大，水导瓦间隙正常。发现发导4#瓦已跳离原位置，4#瓦已紧靠在5#瓦旁，4#瓦背抗重块完全断裂，3#瓦楔子板固定螺丝断裂，发导瓦部分绝缘垫撕裂。
2.32002年1月份2号机组小修中，发导4#瓦跳槽，部分楔子板与球头接触处有磨损痕迹。同时，上机架12个弹性支臂中的5个弹性支臂（4#、5#、6#、9#、12#）碟簧已全部损坏。检修中复查了发电机气隙和迷宫环间隙正常，处理了已发现的缺陷。小修前，对2号机组进行了一次盘车，由于2号机组检修工期紧张，根据盘车结果仅对发电机上端轴沿7点向3点推了0.05mm，重新盘车后推力轴的径向摆度值略有减小，同时以迷宫环间隙确定机组中心后复查发电机气隙合格，调水导、发导瓦间隙为设计间隙，将机组恢复至正常进行稳定性试验。
2002年1月27日至1月30日四川电力试验研究院技术人员对宝珠寺水力发电厂2号机组进行了稳定性试验，稳定性试验包括以下内容：1）变转速试验（50nr、75nr、100nrnr为额定转速）；2）变励磁试验（25Uo、50Uo、75Uo、100UoUo为额定励磁电压）；3）变负荷试验（42MW、85MW、128MW、171MW）。四川电力研究院对宝珠寺水电厂2号机组稳定性试验结论及建议如下：1）发电机上端轴存在与机组中心不同心的问题，建议在机组扩大型大修时对发电机上端轴进行调整。2）由于机组带励磁时振动、摆度幅值有所增加，但相位没有变化，故不排除由于机械原因使机组带励磁时造成了电磁力的不平衡，建议机组扩大型检修时对空气间隙和磁极检查，以确定影响机组振动、摆度增大的原因。
3大修处理
2003年2月9日宝珠水力发电厂对2号机组进行了大修，主要内容包括：转子中心体上、下止口同心度测量及处理，转子圆度测量、磁极倾斜度测量，定子圆度测量，转子交流阻抗测量定子槽楔检查处理，发电机定、转子清扫及喷漆，上机架偏心及水平度测量。
测量转子圆度和磁极倾斜度要做好以下几方面的准备工作：放转子基础平面的水平度要找好，此项工作是否仔细直接影响转子放在基础上后调转子水平度的工作量。一般情况下，当转子放在基础上后转子的水平度不能满足测量的要求，这就要用千斤顶进行调整，直到水平度小于5mm/m。测圆设备的调试应注意以下几方面：测圆设备的中心与转子中心的偏差必须满足要求，测圆设备基础面与转子接触面的平行度也至关重要。转子圆度测量分上、中、下三个断面分别测量。为了减小磁极倾斜度测量的误差，在钢丝线满足强度的前提下，尽量选择较细的钢丝线。
转子上、下止口同心度的测量。在此项工作中测量发现上止口同心度与下止口同心度偏差0.40mm，根据止口偏心度的方位，对上止口进行了分区研磨。
定子圆度的测量。定子圆度的测量要分上、中、下三个断面分别进行，各断面的数量要根据定子的分瓣情况来决定，一般原则是既要减小定子圆度测量的工作量，又要确保圆度测量的精确度。通常情况下在每一分瓣的中间选一测点，在分瓣结合处左右部位各选一点。
在定子圆度测量的基础上对上机架同心度进行了测量，测量发现上机架中心与定子中心偏差达到2.73mm。上机架有12个支臂，上机架与上机架基础间是通过销子定位的，现场重新加工销子孔工作量大，而且在工艺上不易实现，为止，就将上机架12个基础座用碳弧抱抱掉，修研基础座和与基础座相接触定子平面，将基础座与上机架臂用螺栓把合在一起，重新调上机架的水平度和中心同时满足要求。在焊上机架基础座时，应在四个对称方位同时进行，以减少焊接过程中上机架中心位移量，另外在上机架四个方向用百分表监视每个方向的变形量。
转子交流阻抗试验。从转子交流阻抗试验的结果来来，各磁极的分压基本均匀，说明磁极内部无匝间短路现象，磁极背面气隙基本均匀，磁极铁芯接触良好，磁极与转子磁轭间无任何二次间隙，不存在二次间隙引起的噪音和振动。检查发现磁极键未有松动现象，磁极键固定焊点未有开裂现象。
4原因分析
每次检修完后，都确保了机组转动部分在中心和自由状态时镜板的水平度符合要求，弹性油箱受力均匀，迷宫环间隙和发电机气隙符合要求后进行导瓦间隙调整。此种状态下发电机气隙的均匀，只能是静态情况下的气隙均匀，并不能说明发电机的动态气隙一定是均匀的，或者是符合要求的。
由于上端轴偏心的存在，动态时发电机的气隙变坏，甚至不符合安装规范的要求。动态气隙大小、方向随机组的运转而变化。就电气方面而言，磁极磁场分布中心与转子旋转中心有偏心量，这一偏心量会引起某些区域的气隙变化，致使定子、转子磁场间有一偏心，而此偏心随机组的运转周期性变化。定子、转子气隙的偏心就会产生不平衡的磁拉力，不平衡的磁拉力的方向随机组的运转周期性变化。这种高频的、周期性的、交变的磁拉力就会导致机组的振动、摆度增大，增加了导轴承的荷负和弹性支臂的荷负，尤其是发导轴承的荷负。随着时间的推移，一方面使发导轴承的相关部件损坏；另一方面，引起上机架产生振动，使弹性支臂的碟永久性变形。
安装规范要求，上机架的偏心度不超过1.00mm。人们在未仔细分析前，认为上机架的偏心度大一些无关紧要，上机架偏心大，既发导瓦滑转子中心的偏心度大。虽然瓦架偏心度大，但总可以改变瓦后的球头或绝缘垫尺寸，可将轴领调至中心。在以前的2号机组检修中，发现轴领与上机架间有2.00mm多的偏心，由于未对2号机进行过扩大性大修，是转子上下园盘不同心，还是机架本身偏心引起的，大修后分析认为二者都有之。
就上机架偏心而言，偏心的上机架，一方面引起轴承部件振动，轴承振动引起机组振动，振动的结果是轴承部件损坏；另一方面使转动部分受一方向恒定的作用力，此方向恒定的作用力使该方向周围瓦间隙变小，瓦负荷加大，同时使与该方向恒定作用力反方向周围的瓦间隙变大。大修、事故抢修发现的问题说明了这一点。具体分析如下：
（1）上机架与滑转子同心。
当上机架与滑转子同心时，上机架中心与滑转子中心重合，滑转子受到12块瓦对它的作用力，这12个力大小都相等、方向都指向滑转子的中心，因为Fw1 Fw7=0、。。。。Fw6 Fw12=0，故滑转子受瓦的合力为0；每块瓦受二个作用力（忽略磨擦力），一个是滑转子对瓦作用力FZ，另一个是球头对瓦的作用力Fq，这二个力大小相等、方向相反，故瓦受的合力为0。
（2）上机架与滑转子不同心。
当上机架与滑转子间有偏心时，上机架中心与滑转子中心不重合，虽然滑转子所受瓦的12个力FW大小相等，这12个合力都指向滑转子的中心，但这些合力并不等于0，合力的方向大致与上机架的偏心方向相反。这样，由于上机架的偏心，使转动部分受到方向基本恒定的作用力。大小和方向基本恒定的作用力，使该方向周围的瓦间隙变小，增大了这些瓦的负荷和磨损量，同时，该力周围的瓦将所受的作用力通过上机架支臂传递给弹性支撑，随着时间的推移，使弹性支撑的蝶簧产生永久性变形。另一方面，此力使与之相反方向的瓦间隙变大。每块瓦受二个力（Fq、FZ），虽然这二个力大小相等，但这二个力的合力并不为0，合力的方向大致为滑转子的切向方向，即为瓦的周向方向。此合力使瓦间隙较大的瓦偏离原有的位置，跳槽瓦的方位基本上在上机架的偏心方位，这一现象在2号机组上多次出现过，现场和分析是稳合的。
5结论
宝珠寺电厂2号机组1997年6月底投运，曾多次发生了机组振动、摆度增大故障，此故障属主要是上机架偏心和发电机转子上、下止口不同心所致。2号机组按上述方法处理后运行一年多来基本稳定。