居龙滩水电厂水导轴承振动测量值的应用

居龙滩水电厂水导轴承振动测量值的应用

0振动在线监测技术在运行期间，电机工作效率、“温度值”和“振动值”是三个重要指标，代表了运行期间的良好状态。以往,由于技术的原因,机组运行时对振动值的测量方法仅仅是用人工手持式的“百分表”测量,谈不上运行时对振动值进行的在线实时监测,故以往振动测量值的精度和实时性都很难满足机组优化、安全运行的需要。随着技术的发展进步,现在对机组运行中的振动在线监测技术已非常成熟。为监视机组运行状态,保证机组安全运行,居龙潭水电厂的2台灯泡贯流式水轮发电机组安装了一套计算机振动实时在线监测仪,用来实时监测机组运行时的振动。1水轮发电机组振动主要由水力振动水轮发电机运行时产生的振动按其原因可分为:水力振动、电磁力振动、机械振动(如转动部分不平衡引起的振动等),其中以水力振动的分析处理较为复杂。水力振动主要由以下原因引起,即:涡带振动、卡门涡列、狭缝射流、协联关系不匹配等。对于灯泡贯流式水轮发电机组来说,运行中发生的振动常常是由水力振动和转动不平衡振动引起的。分析其原因主要有以下3个方面:1.1调查病毒引起机组振动的原因灯泡贯流式水轮发电机组的转动部分质量相对较轻,结构紧凑,这就导致了其转动惯量相对较小,甚至较水流惯性常数小。这种特性对机组的稳定运行有2种影响。(1)根据水轮机调节原理,机组的转动惯量小,机组在调节过渡时容易产生振荡,从而容易导致机组振动。近十年来调速器的发展,特别是带有PID调节规律的可编程调速器的运用,调节品质进一步提高,这种因调节性能不好而引起机组振动的情况少了;(2)转动部份质量相对较小,根据振动公式:(P荷载大小,M部件质量,θ为荷载频率),质量与振幅成反比例关系,也就是说灯泡贯流式水轮发电机组在同样的激振力下产生振动的振幅更大。1.2运行效率分析居龙滩水电厂机组的运行水头参数如下:最小水头Hmin=9.5m最大水头Hmax=18m额定水头He=14.2m计算出:水头的变化幅值=(Hmin-Hmax)/He=52.8%。这样大的运行水头变化范围,对灯泡贯流式机组来说,虽然能够运行,但其运行效率的变化为:85%～94%。也就是说,灯泡贯流式水轮发电机组在低水头、低负荷运行时,有较多的水能未能转化成电能,而是以其他形式的能量消耗掉了(如振动等)。特别是在主汛期,受上游水库的汛限水位和下游因泄洪水位抬高的双重影响,灯泡贯流式机组常运行在低水头的工况,从而使机组的振动相对较大。但对混流式水轮发电机组来说,因其运行水头变化幅度较小,汛限水位对机组运行水头影响也较小,基本上可在设计水头以上运行,故这类机组的振动也较小。1.3机转子和转子灯泡贯流式机组采用的卧轴双支点的悬臂整体结构有别于其他形式的机组采用的。发电机转子和转轮是同轴木结构,为了支撑机组转动部份工作,分别设有发电机和水轮机导轴承。转子和转轮是悬臂形式,特别是在转子这头,会产生一定的挠度。这是其它机型没有的特点,这一特点会使机组在运行时对导轴承产生交变的负载,从而使机组产生振动。2振动值超标原因分析灯泡贯流式水轮机运行时不可避免振动,相对较大的振动会影响机组的运行安全和使用寿命。如水力振动,会使机组过流部件如转轮、叶片产生局部变形或裂纹;水力振动和电磁振动还会使机组功率不稳定,影响电网和机组的安全。转动部分的机械振动会使机组的密封、连接件、轴承损坏和磨损加剧。另外,振动产生的噪音对运行人员的身心健康也有危害。《灯泡贯流式水轮发电机组启动试验规程》DL/T827-2002中规定的机组运行时振动允许值如表1所示:居龙滩水电厂运行采用的计算机振动实时在线监测仪对机组运行中的振动进行实时监测,其型号为TN8000。表2是机组在额定水头工况下,30MW负荷时振动的测量值。依据表2,组合轴承的振动值满足DL/T827-2002标准的要求,水导轴承X、Y方向的振动值分别为0.80mm、0.27mm,均超出了规定,而推力轴承和发导轴承组成的组合轴承的振动值小于规范50%左右。为此,对水导轴承振动值超标进行分析。振动值超标原因分析如下:1)水导轴承支架的刚度相对较小。水导轴承的支架安装于导水机构的内配水环上,导水机构内配水环固定在管形座上,这是一种悬臂结构,振动传感器就安装在这样的悬臂上。这种结构相对组合轴承的支撑架直接安装在管形座而言,其强度和刚度要小,所以水轮机导轴承的振动幅度较大。另外,机组在运行时,导水机构的内配水环也在振动,而水轮机导轴承安装在其上,故所测量的振动值是导水机构和内导环的振动的叠加。由此可知,由于灯泡贯流式水轮发电机的结构特点和振动传感器的安装位置,会使水轮机导轴承的振动幅值相对较大。2)自动水头装置不能投入,导叶和桨叶协联关系不匹配。居龙滩水电厂发电投产时,调速器的自动水头装置不能投入运行,一直在人工水头设置下运行。由此,机组的导叶和桨叶协联关系不匹配,由此造成了振动加大。为此,居龙滩水电厂请江西省电力科学研究院做机组的协联试验,调正协联,并验证导轴承的振动超标是否因协联关系而造成。试验原理是通过改变水头也相当于改变机组的协联关系来验证协联关系的正确性。试验方法是:(1)在机组的水导轴承和组合轴承及灯泡头布置振动测点。测点均是径向位置(X、Y轴方向)。特别是在水轮机导轴承的支架上,布置了二组测点:一组测点靠近水轮机转轮方向,另外一组测点靠发电机转子方向。(2)自动开机并网带28MW负荷。(3)根据当时的运行上下游水位,人工改变水头,分别测量各水头下的测量振动值。通过试验结果分析,改变调速器的人工水头值,水导轴承的振动值会有相应的改变。当人工水头改变到一定值时,水导轴承的振动值减小到0.111mm。另外从水导轴承所布置的2组测点来看,靠近水轮机转轮侧的测点振动幅值较大。由上述分析可知:居龙滩水电厂机组水导轴承振动超标的主要原因是导叶和桨叶协联关系不匹配引起的,同时这种振动的幅值偏大还和水导轴承本身的结构有关。3振动对机组运行的影响灯泡贯流式水轮发电机组由于本身的结构特点,有时某些部位(如水导轴承)在运行时所产生的振动幅值相比其他形式的水轮发电机组来说要偏大,甚至达不到《灯泡贯流式水轮发电机组启动试验规程》DL/T827-2002中规定的要求。为此,通过分析和试验的结果证明,振动对机组安全运行的影响可从以下几点来辅助分析判断:1)其振动值超标引起机组的瓦温变化,如果瓦温有变化,则需要对振动超标进行处理。2)机组振动超标是否是机组的支撑设计或安装振动传感器位置不当所引起的。如是,则需要对机组支撑或传感器安装位置进行处理、调整。3)