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曬谷坪電站臥式水輪發(fā)電機(jī)組振動問題分析與處理

文檔作者：張晉境，謝斐，黃霄，王蕓文檔來源：湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年11月18日
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2015 年第10 期
2015 Number 10
水電與新能源
HYDROPOWER AND NEW ENERGY
總第136 期
Total No.136
DOI： 10.13622 /j.cnki.cn42 -1800/tv.1671 -3354.2015.10.011
收稿日期：2015 -06 -17 作者簡介：張晉境，男，助理工程師，從事水電站檢修工作。
曬谷坪電站臥式水輪發(fā)電機(jī)組振動問題分析與處理
張晉境，謝 斐，黃 霄，王 蕓
（湖北清江水電開發(fā)有限責(zé)任公司，湖北宜昌 443000）
摘要：簡要介紹曬谷坪電站臥式機(jī)組的結(jié)構(gòu)形式和機(jī)組出現(xiàn)的振動情況，對機(jī)組產(chǎn)生振動的原因進(jìn)行了分析，并針對不
同的原因在實際檢修中進(jìn)行了針對性的處理，解決了機(jī)組的振動問題。
關(guān)鍵詞：曬谷坪水電站；臥式機(jī)組；振動分析；處理措施
中圖分類號：TK730.8 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1671 -3354（2015）10 -0040 -02
Analysis and Treatment of Abnormal Vibrations of the
Horizontal Type Generator Units in Shaiguping Hydropower Station
ZHANG Jinjing， XIE Fie， HUANG Xiao， WANG Yun
（Hubei Qingjiang Hydroelectric Development Co .， Ltd.， Yichang 443000， China）
Abstract： Abnormal vibrations are observed in the horizontal type generator units in Shaiguping Hydropower Station .
With the introduction of the unit structure， reasons of these vibrations are analyzed.Treatment measures are then proposed
and taken according to different cases.With these measures， the fault has been successfully eliminated . Key words： Shaiguping Hydropower Station； horizontal type generator unit； vibration analysis； treatment measures
振動狀況是衡量水輪發(fā)電機(jī)組能否持續(xù)穩(wěn)定、安
全運(yùn)行的重要技術(shù)指標(biāo)，對于水輪發(fā)電機(jī)組而言，在勻
速旋轉(zhuǎn)之外的任何周期性運(yùn)動都是附加的振動。如果
振動超過允許標(biāo)準(zhǔn)，將會對機(jī)組產(chǎn)生周期性交變應(yīng)力，
造成螺栓松動、焊縫開裂等現(xiàn)象，甚至造成主軸的疲勞
破壞，危及機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行[1 -2] 。
曬谷坪電站安裝有2 臺臥式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪
機(jī)型號為HLA153 -WJ -84，為混流式臥式機(jī)組，額定
水頭90 m。發(fā)電機(jī)型號為SFW5000 -8 /2150，額定功
率5.0 MW，額定電壓6 300 V，額定轉(zhuǎn)速750 r/min，發(fā)
電機(jī)轉(zhuǎn)子與水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪之間有徑向推力軸承（轉(zhuǎn)輪
側(cè)），推力瓦為分塊式結(jié)構(gòu)，共有12 塊推力瓦，依靠背
部楔子板調(diào)節(jié)推力軸承間隙值，轉(zhuǎn)子與飛輪之間有徑
向軸承（飛輪側(cè)），徑向軸承均為分半筒式瓦，依靠它
在分半處加墊調(diào)節(jié)軸承間隙。
2014 年7 月，曬谷平1 號機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)
下，使用百分表測定曬谷平電站機(jī)組振動情況，按照
GB/T8564 -2014 水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范中表41
規(guī)定，各部軸承振動值應(yīng)小于0.05 mm，但測得的數(shù)據(jù)
中飛輪側(cè)水平位置的振動值超標(biāo)。
1 產(chǎn)生振動的原因[3]
1）轉(zhuǎn)輪四周水力不平衡。水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪四周水力
不平衡與每個導(dǎo)葉的開度有關(guān)，導(dǎo)葉開度不均勻會導(dǎo)
致轉(zhuǎn)輪四周的進(jìn)水不均勻。在機(jī)組檢修過程中，對導(dǎo)
葉開度測量檢查，發(fā)現(xiàn)6 號與7 號導(dǎo)葉之間開度超出
要求，根據(jù)機(jī)組圖紙要求在導(dǎo)葉全開時，導(dǎo)葉開度為
（117 ±2.34）mm，而實際測得最小開度值為112 mm。
2）水輪機(jī)產(chǎn)生空蝕現(xiàn)象。檢查過程中發(fā)現(xiàn)機(jī)組
轉(zhuǎn)輪有局部氣蝕，轉(zhuǎn)輪葉片有局部裂紋，說明轉(zhuǎn)輪室內(nèi)
有空蝕現(xiàn)象存在，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)尾水補(bǔ)氣閥彈簧設(shè)計預(yù)
壓縮量不符合設(shè)計要求。補(bǔ)氣閥彈簧設(shè)計預(yù)壓縮量為
13 mm，設(shè)計真空度0.08 ～0.271，實際檢查發(fā)現(xiàn)補(bǔ)氣
閥的預(yù)壓縮量為23 mm，致使可以補(bǔ)氣的真空度變?yōu)?
0.14 ～0.271，即在真空度為0.08 ～0.14 時無法補(bǔ)氣，
故補(bǔ)氣范圍變小是導(dǎo)致空蝕的重要原因。
40
張晉境，等：曬谷坪電站臥式水輪發(fā)電機(jī)組振動問題分析與處理2015 年10 月
3）軸承間隙不合適。臥式機(jī)組推力軸承間隙不
均會導(dǎo)致軸向竄動量大，徑向軸承間隙大小不符合設(shè)
計要求會導(dǎo)致機(jī)組徑向跳動量大，從而導(dǎo)致機(jī)組振動
加劇。
4）轉(zhuǎn)輪軸孔與軸配合度不夠。檢修中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪
軸孔與軸的配合度不好，采用在轉(zhuǎn)輪孔涂抹紅丹粉檢
查接觸面。檢查發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪與軸配合接觸錐孔，大頭接
觸不足10％，小頭接觸約60％，總接觸面積約為整個
配合面的35％，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計要求的接觸面積75％。
大軸與轉(zhuǎn)輪軸孔的配合度不好可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪在運(yùn)行過
程中出現(xiàn)振擺，進(jìn)而引起較大振動。對于配合問題，屬
于加工制造問題，需要專業(yè)廠家進(jìn)行處理，現(xiàn)場無法根
本解決。
5）轉(zhuǎn)動部分靜不平衡。機(jī)組的轉(zhuǎn)動部分包括水
輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、主軸和發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，如果組合成整體但重心
不在旋轉(zhuǎn)軸線上，就會靜不平衡。機(jī)組運(yùn)行時，轉(zhuǎn)動部
分將受離心力作用，軸線可能彎成弧線而造成“弓狀
回旋”。而機(jī)組是否存在靜不平衡需要進(jìn)行靜平衡試
驗，通過實際驗證，曬谷平1 號機(jī)組確實存在較嚴(yán)重的
靜不平衡。
6）轉(zhuǎn)動部分動不平衡。轉(zhuǎn)動部分在滿足靜平衡
的前提下，如果質(zhì)量分布不均，一側(cè)重心偏高，另一側(cè)
重心偏低，當(dāng)機(jī)組在旋轉(zhuǎn)時兩側(cè)都會受到離心力作用，
但大小相等，方向相反，作用在兩條線上，構(gòu)成一個離
心力偶，必然在旋轉(zhuǎn)時左右搖擺。通過動平衡試驗檢
查發(fā)現(xiàn)，曬谷平1 號機(jī)確實存在嚴(yán)重的動不平衡。
2 處理措施
1）調(diào)整導(dǎo)葉開度。通過打磨7 號導(dǎo)葉進(jìn)水邊背
面使得導(dǎo)葉開度符合要求，從而保證轉(zhuǎn)輪四周受到的
水力均勻。
2）調(diào)整尾水補(bǔ)氣閥。通過調(diào)整補(bǔ)氣閥彈簧，將補(bǔ)
氣閥彈簧預(yù)壓縮量恢復(fù)到13 mm，同時更換閥板密封，
從而保證機(jī)組在變負(fù)荷時補(bǔ)氣閥能夠正常動作。經(jīng)過
實際運(yùn)行，機(jī)組負(fù)荷在3 000 ～4 500 W 時，補(bǔ)氣閥大
真空度時能動作；機(jī)組帶滿負(fù)荷5 000 ～5 500 W 時，
補(bǔ)氣閥在有小真空度時也能正確動作。
3）調(diào)整軸承間隙。檢修前測量飛輪側(cè)徑向軸承
頂部間隙分別為0.395、0.56 mm，間隙不均且超出設(shè)
計間隙0.3 ～0.5 mm，通過調(diào)節(jié)軸承分半處銅墊后，飛
輪側(cè)徑向軸承頂部間隙調(diào)整為0.48、0.45 mm；檢修前
轉(zhuǎn)輪側(cè)徑向軸承頂部間隙分別為0.65、0.64 mm，超出
設(shè)計間隙，通過調(diào)節(jié)軸承分半處銅墊后，轉(zhuǎn)輪側(cè)徑向軸
承頂部間隙調(diào)整為0.43、0.40 mm。推力瓦間隙較均
勻未做改變，發(fā)現(xiàn)兩塊自由晃動發(fā)卡的推力瓦，對其進(jìn)
行邊緣打磨處理后，發(fā)卡現(xiàn)象消失。
4）轉(zhuǎn)輪靜平衡試驗。按照ISO1940 平衡等級，JB/
T6752 推薦等級，曬谷坪轉(zhuǎn)輪平衡等級為G0.4，為最
高等級。根據(jù)許用殘存不平衡質(zhì)量計算公式，曬谷坪
轉(zhuǎn)輪在最大半徑許用殘存不平衡質(zhì)量7.43 g，允許殘
存不平衡轉(zhuǎn)矩0.356 6 kg· cm。采用臥式靜平衡方式
進(jìn)行試驗，加工轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動軸以及假鍵配重，將轉(zhuǎn)輪置于
專用工裝平臺，將轉(zhuǎn)輪在徑向方向均分8 點，左右多次
旋轉(zhuǎn)找到最重的點方位并標(biāo)記，在最重點方位正對方
向的點加配重，然后繼續(xù)左右旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪，直至加的配重
的質(zhì)量能讓轉(zhuǎn)輪在任何點停住。最終試驗為最大配重
為350 g，產(chǎn)生不平衡轉(zhuǎn)矩為17.14 kg· cm。根據(jù)試驗
結(jié)果，在轉(zhuǎn)輪下冠圓錐面進(jìn)行打磨處理，打磨量約為
350 g，邊打磨邊試驗，直到轉(zhuǎn)輪在任何點都能停住
為止。
5）轉(zhuǎn)動部分動平衡試驗。機(jī)組開機(jī)，使用振動測
試儀分別在轉(zhuǎn)輪側(cè)、飛輪側(cè)處測量振動值。根據(jù)振動
值的大小，確定在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)扇飛輪側(cè)或者轉(zhuǎn)輪側(cè)
進(jìn)行配重。在轉(zhuǎn)子風(fēng)扇配重槽上取互成120°的3 點，
做好相應(yīng)的標(biāo)志。根據(jù)轉(zhuǎn)動部分重量取一定質(zhì)量的配
重塊，分別把平衡塊置于轉(zhuǎn)子表面上的3 個點，開機(jī)達(dá)
到額定轉(zhuǎn)速后測定相應(yīng)的振動值，經(jīng)過計算得到應(yīng)加
配重塊質(zhì)量P 及配重塊方位角。經(jīng)過兩次配重后，最
終確定曬谷坪1 號機(jī)配重質(zhì)量為300 g，配重方位在飛
輪側(cè)風(fēng)扇配重槽336°位置[3] 。
3 結(jié) 語
經(jīng)過從不同方面進(jìn)行的振動原因分析與處理，曬
谷坪電站1 號機(jī)組運(yùn)行振動明顯減小，各部軸承振動
達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求（標(biāo)準(zhǔn)要求小于0.05 mm），機(jī)組的
振動問題得到了較好的解決。另外在眾多的原因中，
轉(zhuǎn)輪的靜不平衡、轉(zhuǎn)動部分的動不平衡應(yīng)該是主要原
因，因為在未進(jìn)行靜、動不平衡處理前，飛輪側(cè)的水平
振動最大。當(dāng)然其他因素也對振動大小有相應(yīng)的
影響。
參考文獻(xiàn)：
[1]劉云.水輪發(fā)電機(jī)故障處理與檢修[M].北京： 中國水利
水電出版社， 2002
[2]杜標(biāo).臥式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子動平衡試驗的簡易方法[J].
裝備制造技術(shù)， 2014（6）： 208 -209
[3]張誠， 陳國慶.水輪發(fā)電機(jī)組檢修[M].北京： 中國電力
出版社， 2012
41

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