水輪發(fā)電機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)工藝方案

摘要：振動(dòng)是造成機(jī)械損傷的主要因素，水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)幅值是評(píng)價(jià)水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、安裝質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo)。以雷公口電廠1號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)為例，采用幅值四圓圖法準(zhǔn)確找到不平衡點(diǎn)，通過矢量分解法對(duì)配重進(jìn)行分解，有效解決了現(xiàn)場(chǎng)水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子配重塊的偏角安裝工藝問題，從而較精準(zhǔn)地消除了機(jī)組由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起振動(dòng)過大的問題，可供類似工程參考。

關(guān)鍵詞：幅值四圓圖;轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn);矢量分解

0 引言

建陽(yáng)區(qū)雷公口電廠位于建陽(yáng)區(qū)麻陽(yáng)溪上游黃坑鎮(zhèn)新歷村附近，距建陽(yáng)城區(qū)約53 km。壩址以上集雨面積達(dá)101 km2，是一座以供水為主，結(jié)合防洪、灌溉、發(fā)電等綜合作用的混合式開發(fā)的水電站。水庫(kù)總庫(kù)容為5 231萬m3，具有年調(diào)節(jié)性能。電站裝機(jī)容量2×6.5 MW，發(fā)電機(jī)型號(hào)SF6500-10/2600，設(shè)計(jì)年發(fā)電量3 494萬kWh。

2018年雷公口電廠對(duì)兩臺(tái)機(jī)組進(jìn)行了增效擴(kuò)容改造。其中，雷公口1號(hào)發(fā)電機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)安裝過程中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸系盤車數(shù)據(jù)異常，經(jīng)過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)盤車數(shù)據(jù)檢查分析，發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)主軸軸系彎曲，將發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及大軸返廠處理。1號(hào)發(fā)電機(jī)主軸經(jīng)制造廠修正處理及靜平衡試驗(yàn)后重新運(yùn)往電廠安裝。現(xiàn)場(chǎng)安裝完成，首次啟動(dòng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)得上導(dǎo)軸承處的水平最大振動(dòng)幅值為0.18 mm，不滿足《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》（GB/T 8564—2003）的要求（<0.05 mm）。初步推斷該現(xiàn)象由轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡不好所致。

為此，邀請(qǐng)專業(yè)的團(tuán)隊(duì)使用專業(yè)的設(shè)備對(duì)1號(hào)機(jī)組進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)配重。配重后，機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速下，上導(dǎo)軸承支架處的水平振動(dòng)值（X軸為0.03 mm，Y軸為0.025 mm）符合技術(shù)規(guī)范（<0.05 mm）要求，但當(dāng)機(jī)組進(jìn)行過速試驗(yàn)時(shí)，上導(dǎo)軸承支架處的水平振動(dòng)值隨轉(zhuǎn)速的上升而呈指數(shù)上升，不滿足規(guī)程規(guī)范的要求。為了保證機(jī)組長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，我們調(diào)整工藝方案，重新對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)配重，采用四圓幅值法、矢量分解法對(duì)配重塊方向、重量及安裝工藝進(jìn)行了優(yōu)化計(jì)算調(diào)整。1號(hào)機(jī)組轉(zhuǎn)子經(jīng)配重調(diào)整后，測(cè)得的各轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)值得到明顯改善，并能較好地滿足規(guī)范技術(shù)要求。本文主要介紹1號(hào)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)過程及工藝解決方案，供類似工程參考。

1 用四圓幅值法測(cè)量數(shù)據(jù)

雷公口電站1號(hào)機(jī)容量6.5? MW，發(fā)電機(jī)型號(hào)SF6500-10/2600，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)10極，如圖1所示，①～⑩為磁極，轉(zhuǎn)子引出線在①磁極與⑩磁極之間，A、D兩點(diǎn)為原配重點(diǎn)，配重塊質(zhì)量分別為2 860 g和4 390 g，配重塊安裝位置在磁極間風(fēng)扇葉片處。試重塊質(zhì)量用MP表示，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，試重塊一般取發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子重量的萬分之一二，轉(zhuǎn)子重量為21 000 kg，原A點(diǎn)處第一次配重2 860 g作為試重塊正合適，故此次以A點(diǎn)上原有配重塊為加試重塊?，F(xiàn)將A點(diǎn)配重塊取消，將A點(diǎn)配重塊移至B點(diǎn)、C點(diǎn)，分別開機(jī)測(cè)得機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速下，上導(dǎo)軸承支架處的水平振幅R值，如表1所示（水平振幅值用RO、RA、RB、RC表示）。

2 確定配重塊方位與重量

根據(jù)表1水平X軸振幅數(shù)值畫出幅值四圓圖，確定配重塊方位與重量的方法如下：

（1）使用工具：電子秤、測(cè)震儀、直尺、圓規(guī)、角量器。（2）畫位置圓：如圖1所示，以坐標(biāo)O點(diǎn)為圓心取大于水平X振幅R0值（43 mm）為半徑畫圓（本圖取R=50 mm），按磁極個(gè)數(shù)進(jìn)行十等分，其中①～⑩表示磁極，等分線表示扇葉方位，A、B、C、D為配重點(diǎn)，其中D點(diǎn)為第一次配重點(diǎn)，配重塊質(zhì)量4 390 g。（3）畫基圓：在位置圓基礎(chǔ)上，以坐標(biāo)O點(diǎn)為圓心取水平X振幅R0值（43 mm）為半徑畫圓，與等分線A、B、C配重方向產(chǎn)生交點(diǎn)OA、OB、OC。（4）畫幅值圓：分別以O(shè)A、OB、OC為圓心，對(duì)應(yīng)表1的X水平振幅值為半徑畫圓，即以RA=30 mm、RB=73 mm、RC=80 mm為半徑畫圓。三圓相交形成小三角區(qū)，如圖2所示，三角區(qū)圓心O1所在方位即為配重方位。（5）平衡塊質(zhì)量的計(jì)算和平衡位置的確定：如圖1所示，圖上O1點(diǎn)基本與⑤、⑥號(hào)磁極扇葉方位線及基圓交點(diǎn)重合，即有OO1=R0=43 mm。根據(jù)平衡塊質(zhì)量計(jì)算公式M=MPR0/OO1，得M=MP=2 860 g。平衡塊方向與原D點(diǎn)配重塊方向一致。

3 過速試驗(yàn)與矢量分解

將試重塊的質(zhì)量MP（2 860 g）加在D點(diǎn)上，開機(jī)測(cè)得在額定轉(zhuǎn)速下上導(dǎo)軸承支架處的水平振動(dòng)值：X軸為0.01 mm，Y軸為0.018 mm。數(shù)值較理想，符合規(guī)范要求，升速測(cè)過速振動(dòng)值如表2所示/線前數(shù)值。

鑒于在轉(zhuǎn)子D點(diǎn)上的配重塊重達(dá)7 250 g，體積過大可能影響風(fēng)阻、風(fēng)噪，不利于機(jī)組的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，因此根據(jù)矢量分解的原理，將M配重塊分解到轉(zhuǎn)子A、E兩點(diǎn)上，如圖3所示。OA1=OE1=27 mm，A、E兩點(diǎn)上分解的配重為：M（OA1/OO1）=2 860×（27/43）≈1 796 g（實(shí)配1 800 g）。分解配重后在額定轉(zhuǎn)速下測(cè)得的上導(dǎo)軸承支架處的水平振動(dòng)值：X軸為0.008 mm，Y軸為0.016 mm。數(shù)值較理想，符合規(guī)范要求，升速測(cè)過速振動(dòng)值如表2所示/線后數(shù)值。

4 校核配重塊方位與重量

根據(jù)表1水平Y(jié)軸振幅數(shù)值畫出幅值四圓圖，校核配重塊方位與重量：

（1）按上述方法，根據(jù)表1水平Y(jié)軸振幅數(shù)值畫幅值四圓圖，如圖2所示，配重塊位置線OO1偏離OD線8°，重量M=MPR0/OO1=2 860×35/33.5=2 988 g，通過矢量分解得MA=2 200 g，ME=1 470 g。根據(jù)圖2計(jì)算結(jié)果，按A點(diǎn)2 200 g，E點(diǎn)1 470 g，D點(diǎn)4 390 g配重測(cè)過速值如表3/線前數(shù)值。

（2）根據(jù)圖2、圖3結(jié)果加權(quán)平均，按A點(diǎn)2 000 g，E點(diǎn)1 650 g，D點(diǎn)4 390 g配重，偏角約4°矢量分解配重，等效合成配重約3 000 g，測(cè)過速值如表3所示/線后數(shù)值。

5 1號(hào)機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)與甩負(fù)荷試驗(yàn)

1號(hào)機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)與甩負(fù)荷試驗(yàn)的上游水位為463.0 m，靜水頭為115 m，試驗(yàn)結(jié)果如表4、表5所示。機(jī)組于2020年1月4日按規(guī)范規(guī)定進(jìn)行啟動(dòng)前的各項(xiàng)試驗(yàn)后，進(jìn)行72 h試運(yùn)行，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足要求，于1月16日通過啟動(dòng)驗(yàn)收，正式投入運(yùn)行。

6 結(jié)語(yǔ)

（1）現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡試驗(yàn)利用轉(zhuǎn)子現(xiàn)成工裝位及四圓幅值法畫圖可以準(zhǔn)確、快速地找到轉(zhuǎn)子不平衡的配重方向，并通過測(cè)量及比例計(jì)算出配重塊重量。從表2數(shù)據(jù)可知，配重塊矢量分解布置不影響機(jī)組振幅，同時(shí)較好地解決了配重塊偏角安裝工藝問題。如表3/線后組數(shù)據(jù)水平X軸振幅隨轉(zhuǎn)速升高至120%時(shí)達(dá)最大值，隨后下降，這點(diǎn)與2號(hào)機(jī)組一致，數(shù)值理想。因此現(xiàn)場(chǎng)工程技術(shù)人員可以用X軸水平振幅值及Y軸水平振幅值分別畫圖計(jì)算分解配重，然后再加權(quán)平均。本方案工藝方法簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，可供工程技術(shù)人員遇到類似工程問題時(shí)參考。

（2）一般情況下，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得X軸水平振幅值與Y軸水平振幅值基本一致，但從表2與表3可知Y軸過速水平振幅值無明顯改善，分析主要原因是上導(dǎo)瓦間隙分配時(shí)主軸不在盤車原始位造成的，這點(diǎn)事后同安裝人員了解到的實(shí)際情況相符。從1號(hào)機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)與甩負(fù)荷試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，機(jī)組負(fù)荷試驗(yàn)振幅數(shù)值平穩(wěn)，無明顯振動(dòng)區(qū);甩負(fù)荷試驗(yàn)機(jī)組振幅數(shù)值符合規(guī)范要求。因此本案例1號(hào)機(jī)組不要求重調(diào)瓦間隙。

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收稿日期：2020-03-18

作者簡(jiǎn)介：張端潭（1969—），男，福建建陽(yáng)人，總工程師，從事水電站機(jī)電設(shè)備安裝、檢修、技改工作。