仙居蓄能電站上機(jī)架松動(dòng)原因分析與處理

張 飛，羅成宗，辛建忠，趙志文

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京 100161；2.國網(wǎng)新源浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 臺(tái)州 317300；3.東方電機(jī)有限公司電站服務(wù)事業(yè)部，四川 德陽 618000）

仙居蓄能電站上機(jī)架松動(dòng)原因分析與處理

張 飛1，羅成宗2，辛建忠3，趙志文2

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京 100161；2.國網(wǎng)新源浙江仙居抽水蓄能有限公司，浙江 臺(tái)州 317300；3.東方電機(jī)有限公司電站服務(wù)事業(yè)部，四川 德陽 618000）

半傘式機(jī)組上機(jī)架主要承受發(fā)電機(jī)徑向力，如果設(shè)計(jì)或安裝不當(dāng)極易造成上機(jī)架松動(dòng)，嚴(yán)重影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文針對(duì)浙江仙居抽水蓄能電站首臺(tái)機(jī)組調(diào)試階段遇到的上機(jī)架松動(dòng)問題，介紹了上機(jī)架松動(dòng)的識(shí)別過程，分析了松動(dòng)的原因是由于上機(jī)架與基礎(chǔ)之間的定位鍵設(shè)計(jì)不當(dāng)導(dǎo)致安裝后上機(jī)架與基礎(chǔ)之間存在間隙所造成。在此基礎(chǔ)上采用將上機(jī)架方形定位鍵替換為楔形鍵解決了上機(jī)架松動(dòng)問題。

蓄能機(jī)組；啟動(dòng)調(diào)試；上機(jī)架松動(dòng)

0 引言

浙江仙居抽水蓄能電站位于浙東南中心地帶仙居縣境內(nèi)，東臨臺(tái)州、南近溫州、西連金華和麗水、北接紹興。電站設(shè)計(jì)安裝4臺(tái)單機(jī)容量375 MW的可逆式抽水蓄能機(jī)組。電站首臺(tái)機(jī)組于2016年1月22號(hào)啟動(dòng)。啟機(jī)前在發(fā)電電動(dòng)機(jī)上機(jī)架、下機(jī)架、定子基座以及上導(dǎo)、下導(dǎo)軸承處安裝傳感器對(duì)機(jī)組振動(dòng)及擺度進(jìn)行測量以考核發(fā)電電動(dòng)機(jī)在不同工況下的穩(wěn)定性情況。發(fā)電電動(dòng)機(jī)上導(dǎo)瓦單邊間隙設(shè)計(jì)為20 μm，下導(dǎo)瓦單邊間隙48 μm。

1 機(jī)架松動(dòng)識(shí)別

首臺(tái)機(jī)組靜止變頻器拖動(dòng)時(shí)不同轉(zhuǎn)速下的上機(jī)架、下機(jī)架振動(dòng)、上導(dǎo)、下導(dǎo)擺度與機(jī)組轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線見圖1、圖2所示。

圖1 機(jī)組開機(jī)過程中擺度與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線

圖2 機(jī)組開機(jī)過程中振動(dòng)與轉(zhuǎn)速關(guān)系曲線

根據(jù)圖1和圖2可見，機(jī)組振動(dòng)與擺度轉(zhuǎn)頻幅值大致與轉(zhuǎn)速平方成正比，機(jī)組存在明顯的動(dòng)不平衡?？紤]到機(jī)組擺度較大，再升高轉(zhuǎn)速已超過瓦間隙，因此決定首先進(jìn)行配重工作。經(jīng)過4次配重后額定轉(zhuǎn)速下發(fā)電電動(dòng)機(jī)下導(dǎo)和下機(jī)架振動(dòng)已在合同規(guī)定的范圍內(nèi)，但上導(dǎo)擺度超過合同保證值，上機(jī)架水平振動(dòng)嚴(yán)重偏大。額定轉(zhuǎn)速下上機(jī)架水平與上導(dǎo)擺度混頻幅值見表1所示，其對(duì)應(yīng)的頻譜見圖3所示，上導(dǎo)軸心軌跡見圖4所示，機(jī)組在80%、90%和100%轉(zhuǎn)速下的上機(jī)架振動(dòng)與上導(dǎo)擺度見圖5所示。

表1 配重后額定轉(zhuǎn)速下發(fā)電電動(dòng)機(jī)振動(dòng)與擺度幅值

圖3 配重后額定轉(zhuǎn)速下上導(dǎo)與上機(jī)架頻譜圖

圖4 配重后80%、90%和100%轉(zhuǎn)速下的上導(dǎo)軸心軌跡

圖5 配重后不同轉(zhuǎn)速上機(jī)架與上導(dǎo)擺度混頻幅值

從表1可見，發(fā)電電動(dòng)機(jī)在額定轉(zhuǎn)速時(shí)上機(jī)架水平振動(dòng)達(dá)到300 μm，已遠(yuǎn)超過振動(dòng)的允許值[1][2]，而垂直振動(dòng)滿足穩(wěn)定運(yùn)行的要求，即水平方向與垂直方向振動(dòng)差異明顯，初步判斷上機(jī)架與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)有松動(dòng)的可能[3]。此時(shí)上導(dǎo)擺度基本在可控范圍內(nèi)，未超過75%的上導(dǎo)瓦間隙，上導(dǎo)的軸心軌跡呈外八字形（見圖4所示）。在圖3頻譜圖中可見上機(jī)架振動(dòng)以轉(zhuǎn)頻分量為主，沒有明顯的其它階次諧波。而在圖5中可見：80%、90%和100%轉(zhuǎn)速下上機(jī)架振動(dòng)與擺度混頻幅值隨轉(zhuǎn)速有增大的趨勢?？紤]到此時(shí)下導(dǎo)擺度與下機(jī)架振動(dòng)已滿足穩(wěn)定運(yùn)行的要求，因此最大的原因即上機(jī)架與基礎(chǔ)的連接存在松動(dòng)。由于上機(jī)架水平振動(dòng)已嚴(yán)重超標(biāo)故決定拆除發(fā)電電動(dòng)機(jī)上蓋板，對(duì)上機(jī)架與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)進(jìn)行檢查。

2 松動(dòng)確認(rèn)與處理

拆除發(fā)電電動(dòng)機(jī)上蓋板后發(fā)現(xiàn)上機(jī)架與基坑壁聯(lián)結(jié)的定位鍵之間有明顯的空隙，見圖6所示。

圖6 上機(jī)架與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)定位鍵間隙

對(duì)發(fā)電電動(dòng)機(jī)上機(jī)架8個(gè)支臂進(jìn)行檢查均可以發(fā)現(xiàn)明顯的間隙。采用塞尺進(jìn)行檢查間隙不均勻，大致在50～80 μm之間，其中靠近鍵中心把合螺栓處間隙略小，上下兩側(cè)間隙較大。造成這種結(jié)果的主要原因是：方形定位鍵雖然利于加工，但是不便于打緊。當(dāng)上機(jī)架吊裝就位完成后，安裝定位鍵，采用螺栓把合方式壓緊，為便于安裝，機(jī)架、基礎(chǔ)和定位鍵之間并未采用過盈配合，造成安裝后定位鍵與機(jī)架間存在間隙，從而造成發(fā)電電動(dòng)機(jī)運(yùn)行后上機(jī)架水平方向振動(dòng)偏大。

考慮到更換定位鍵周期較長，需主機(jī)廠家重新設(shè)計(jì)、制作并運(yùn)輸后才可以安裝，故臨時(shí)采用加墊片方式進(jìn)行固定，待機(jī)組投運(yùn)后C修時(shí)徹底進(jìn)行處理。加裝墊片后上機(jī)架與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)見圖7所示。

圖7 臨時(shí)方案處理后上機(jī)架與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)

將8個(gè)上機(jī)架支臂與基礎(chǔ)的聯(lián)結(jié)分別進(jìn)行處理后再次開機(jī)至80%、90%及100%額定轉(zhuǎn)速，上機(jī)架振動(dòng)與上導(dǎo)擺度混頻幅值見圖8所示，不同負(fù)荷工況下機(jī)架振動(dòng)與上導(dǎo)擺度混頻幅值見下頁圖9所示。

圖8 臨時(shí)方案實(shí)施后不同轉(zhuǎn)速上機(jī)架振動(dòng)與上導(dǎo)擺度

從圖8可見，采用臨時(shí)方案后上機(jī)架振動(dòng)顯著減小，機(jī)組雖然能平穩(wěn)運(yùn)行，但其值依然小于合同保證值50 μm，處于國標(biāo)允許值的臨界點(diǎn)上[2]。為徹底解決這一問題，在機(jī)組首次C修時(shí)，采用如下方案進(jìn)行處理：將方形聯(lián)結(jié)鍵替換為兩塊楔形聯(lián)結(jié)鍵組合，在上機(jī)架吊裝完成后采用對(duì)稱方向打緊方式進(jìn)行安裝。優(yōu)化之后的楔形聯(lián)結(jié)鍵見圖10所示。

圖9 不同負(fù)荷工況上機(jī)架振動(dòng)與上導(dǎo)擺度

圖10 優(yōu)化設(shè)計(jì)并安裝后的楔形鍵

優(yōu)化后的楔形鍵由具有傾斜面的主鍵和副鍵組成。安裝時(shí)先將主鍵放入定位槽中，然后將副鍵打緊，由于具有楔形鍵傾斜面，可以保證接觸面緊密接觸，不會(huì)造成間隙。優(yōu)化后的楔形鍵在3號(hào)、4號(hào)機(jī)組安裝時(shí)進(jìn)行了使用，并在1號(hào)、2號(hào)機(jī)組C修時(shí)進(jìn)行了更換。后續(xù)3號(hào)、4號(hào)機(jī)組調(diào)試時(shí)未發(fā)現(xiàn)由于上機(jī)架與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)松動(dòng)導(dǎo)致的上機(jī)架水平方向振動(dòng)過大問題。1號(hào)機(jī)組C修更換聯(lián)結(jié)鍵后不同工況下的上導(dǎo)擺度與上機(jī)架振動(dòng)見圖11所示。

圖11 永久方案實(shí)施后的上導(dǎo)擺度與上機(jī)架振動(dòng)混頻幅值

對(duì)比圖11和圖8可見，當(dāng)更換優(yōu)化后的上機(jī)架與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)定位鍵后，上導(dǎo)擺度各種工況下混頻幅值略有減小，而上機(jī)架振動(dòng)則明顯減小。這表明此次優(yōu)化處理是有效的，上機(jī)架振動(dòng)過大問題即由原定位鍵聯(lián)結(jié)松動(dòng)所導(dǎo)致。

3 結(jié)論

針對(duì)仙居1號(hào)機(jī)組上機(jī)架振動(dòng)超標(biāo)問題進(jìn)行了測試并分析，指出引起這一問題的原因是上機(jī)架與基礎(chǔ)聯(lián)結(jié)的定位鍵設(shè)計(jì)不當(dāng)造成安裝后存在間隙所導(dǎo)致。在此基礎(chǔ)上采用楔形鍵對(duì)原鍵進(jìn)行了更換，更換后不同工況下的上機(jī)架振動(dòng)均滿足國標(biāo)及合同保證值的要求，表明此次處理成功。

[1]GB/T8564-2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2004.

[2]GBT6075.5-2002在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評(píng)價(jià)機(jī)組的機(jī)械振動(dòng)第5部分:水力發(fā)電廠和泵站機(jī)組[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2002.

[3]楊國安.旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷實(shí)用技術(shù)[M].北京:中國石化出版社,2013.

TK730

B

1672-5387（2017）06-0044-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.06.016

2016-11-29

張 飛（1983-），男，高級(jí)工程師，從事水電機(jī)組性能測試技術(shù)研究與實(shí)踐工作。