论文部分内容阅读
摘要：作者针对洛东一号发电机组增加副发过程中出现相关问题做了一些理论和实践的探讨，内容主要包括发电机组的振动故障诊断的意义、副发电机对水轮机性能的影响以及加装副发电机对主机结构性能的影响，并对发电机组增加副发过程中出现震动大的处理进行了全面的讨论。
关键词：洛东一号；发电机组；增加；副发
中图分类号：U224.5文献标识码： A 文章编号：
所谓副发电机,就是采用可控硅静止励磁装置取代励磁机后,利用原励磁机位置加装1台同轴的发电机,称它为副发电机,原发电机称它为主发电机,形成1台水轮机拖2台发电机运行的格局。加装副发电机后,由于主、副发电机受同轴约束,在机械、电气、电网都有着非常密切的关联。因此,对整个系统的机械、电气及电网的分析计算是必要的,以保证改造后电机的绝对安全性和经济性[1]。
1发电机组的振动故障诊断的意义
发电机组是电力工业中的关键设备，其结构复杂，各部件之间的联系紧密，在生产过程中形成了一个整体。如果其中任何一台设备或一个零件发生故障，就可能引起链式反应，导致整个设备甚至整个生产过程都不能正常运行。对转动机械来说，微小的振动是不可避免的，振动幅度不超过规定标准的属正常振动。但机组转动中振幅比原有水平增大，特别是增大到超过允许标准的振动，就成为异常振动。任何一种异常振动都潜伏着设备损坏的危险，比如轴系质量失去平衡（掉叶片、大轴弯曲、轴系中心变化、发电机内冷水路局部堵塞等）、动静摩擦、膨胀受阻、轴承磨损或轴承座松动，以及电磁力不平衡等等都会表现在振动增大、甚至强烈振动[2]。而强烈振动又会导致机组其他零部件松动甚至损坏，加剧动静部分摩擦，形成恶性循环，加剧设备损坏程度。异常振动是汽轮发电机运转中缺陷、隐患的综合反映，是发生故障的信号。总之，振动监测、故障诊断、控制合理的运行参数、提高检修工艺的水平至关重要，机组出现问题后能通过信息系统分析、判断故障特征，找到关键问题、快速解决难题，甚至通过动平衡方法消除振动，对避免重大设备损坏和挽回经济损失意义重大。
2 副发电机对水轮机性能的影响
2.1 对空化性能的影响
主发电机满发后,要增加副发电机的容量必须增加水轮机的出力,在水头不变的情况下,水轮机的过流量要加大。通常Q11增加,ɑm也增加,满足水轮机空化性能所需要的吸出高度也增加,而由于过流量加大,相应的尾水位也会提高,加大机组的吸出高度。通过对水轮机综合特性曲线进行分析可知,水轮机增加出力后,电站实际的吸出高度可以满足水轮机空化性能的要求。
2.2 对飞逸转速的影响
飞逸转速是在机组负荷为零时水轮机可能达到的最高稳态转速。加装副发电机后,机组转动惯量增大,对飞逸转速不会有大的影响。
3 加装副发电机对主机结构性能的影响
拆除励磁机加装副发电机后,副发电机重量将大于原励磁机。副发电机转动部分重量将由下机架、推力轴承承担;静止部分重量将由主机上机架承担;传递副机功率的扭转力矩将由主机轴系承担。为保证加装副发电机后主机的绝对安全可靠,我们将分别对主机推力轴承、上机架、下机架以及轴系的稳定性等进行详细的分析计算。副发电机转动部分重量约45 t(包括增加主机上端轴及上导轴承滑转子),静止部分重量约30 t(包括主机上机架改造,增加的导轴承座等),扣除原励磁机定、转子重量,实际改造后主机推力轴承和下机架负荷只增加约36.6 t,上机架负荷只增加约18.9 t。
3.1 对推力轴承的影响
洛东一号发电机组改造前总推力负荷为500 t,推力负荷包括水轮机和发电机转动部分重量以及水对转轮的轴向推力;加装副发电机后,总的轴向负荷增加为536.6t。
加装副发电机后,发电机推力轴承负荷仅增加7.3%,总损耗仅增加2.1 kW,轴承温度升高1.3e,最小油膜厚度仅减小0.003 mm。均在许用范围内,因此推力轴承能够长期安全运行。
3.2 对下机架的影响
洛东一号发电机组与一般发电机不同之处是它的下机架没有支臂,只有单一的中心体(称为油槽)放置在油槽支墩上,故加装副发电机后增加的7.3%轴向负荷对其各部件应力及挠度影响不大。
加装副发电机后下机架总负荷增加7.3%,各部应力增加7.3%,均在允许范围以内,安全系数2.8倍,挠度增加12%,均远小于允许值,因此能够长期安全运行。
3.3 对上机架的影响
原发电机组為全伞式结构,副发电机静止部分重量约30 t负荷将由上机架承受,加上上机架原自身重量22.3 t的负荷,实际加装副发电机后总负荷为41.2 t。
原上机架内无导轴承装置,也不承受轴向推力负荷,因此本身设计比较单薄。加装副发电机后为了提高整个机组的稳定性,需在上机架中心体内增装导轴承,使机组改变为半伞式结构。上机架中心加装导轴承后,主、副发电机单边磁拉力将通过上机架支臂及千斤顶装置传递到机坑壁,所以也需要将8条井字形结构支臂改成幅向型结构。
所以在加装副发电机时,应同时增加上机架刚度,通过加宽支臂的宽度,使副发电机机座下的支墩与中心体结合在一起(即增高中心体的高度),就可使上机架总挠度降至0.059,比加装副发电机前还要低,可保证上机架的长期安全可靠运行。
4发电机组增加副发过程中出现震动大的处理
4.1分析确认振动是由于本次检修中心调整所致，但考虑到检修时间的限值无法再次进行中心调整，决定通过动平衡手段改善振动。由于线路问题机组有一周的停机时间，首先对可能发生碰磨的部位间隙进行检查，并在确认低压轴封、油档、密封瓦等间隙符合要求后，确定动平衡方案。平衡处理的目标主要是降低 5 瓦、7 瓦的振动，考虑到碰磨对振动的影响，并没有根据同类型机组的影响系数在低压转子和发电机转子同时添加平衡试重，而是首先处理在 3000rpm 下振动已趋于稳定的发电机转子振动，在低-发对轮配重以改善发电机转子振动；然后，根据发电机平衡效果再确定低压缸的配重方案。
4.2全实缸和半实缸找中心会存在偏差，应在检修中积累经验提前给出预留量，确保开机后的振动合格。
4.3当确认振动是由于中心调整不当造成，虽然重新找中心可以解决，但考虑到重新找中心的检修时间长，从减少停机时间提高经济效益出发，通过动平衡改善振动一种较为可行的方法，并能获得较好的效果。
5结论
总之，洛东一号发电机组加装副发电机技术上是可行的,结构上也可以实现,副发电机对主机的可靠性不会造成影响。通过增加上导轴承和上机架千斤顶装置,还可以提高轴系临界转速,并能减小主机振动和摆度,提高机组运行稳定性。
参考文献
[1]刘石，屈梁生.全息谱技术在现场动平衡前故障诊断中的应用[J]. 振动、测试与诊断, 2004，24(4):270～274.
[2]刘石， 屈梁生. 回转机械故障诊断中的三维全息谱技术[J]. 西安交通大学学报，2004，38(9):891～894.
关键词：洛东一号；发电机组；增加；副发
中图分类号：U224.5文献标识码： A 文章编号：
所谓副发电机,就是采用可控硅静止励磁装置取代励磁机后,利用原励磁机位置加装1台同轴的发电机,称它为副发电机,原发电机称它为主发电机,形成1台水轮机拖2台发电机运行的格局。加装副发电机后,由于主、副发电机受同轴约束,在机械、电气、电网都有着非常密切的关联。因此,对整个系统的机械、电气及电网的分析计算是必要的,以保证改造后电机的绝对安全性和经济性[1]。
1发电机组的振动故障诊断的意义
发电机组是电力工业中的关键设备，其结构复杂，各部件之间的联系紧密，在生产过程中形成了一个整体。如果其中任何一台设备或一个零件发生故障，就可能引起链式反应，导致整个设备甚至整个生产过程都不能正常运行。对转动机械来说，微小的振动是不可避免的，振动幅度不超过规定标准的属正常振动。但机组转动中振幅比原有水平增大，特别是增大到超过允许标准的振动，就成为异常振动。任何一种异常振动都潜伏着设备损坏的危险，比如轴系质量失去平衡（掉叶片、大轴弯曲、轴系中心变化、发电机内冷水路局部堵塞等）、动静摩擦、膨胀受阻、轴承磨损或轴承座松动，以及电磁力不平衡等等都会表现在振动增大、甚至强烈振动[2]。而强烈振动又会导致机组其他零部件松动甚至损坏，加剧动静部分摩擦，形成恶性循环，加剧设备损坏程度。异常振动是汽轮发电机运转中缺陷、隐患的综合反映，是发生故障的信号。总之，振动监测、故障诊断、控制合理的运行参数、提高检修工艺的水平至关重要，机组出现问题后能通过信息系统分析、判断故障特征，找到关键问题、快速解决难题，甚至通过动平衡方法消除振动，对避免重大设备损坏和挽回经济损失意义重大。
2 副发电机对水轮机性能的影响
2.1 对空化性能的影响
主发电机满发后,要增加副发电机的容量必须增加水轮机的出力,在水头不变的情况下,水轮机的过流量要加大。通常Q11增加,ɑm也增加,满足水轮机空化性能所需要的吸出高度也增加,而由于过流量加大,相应的尾水位也会提高,加大机组的吸出高度。通过对水轮机综合特性曲线进行分析可知,水轮机增加出力后,电站实际的吸出高度可以满足水轮机空化性能的要求。
2.2 对飞逸转速的影响
飞逸转速是在机组负荷为零时水轮机可能达到的最高稳态转速。加装副发电机后,机组转动惯量增大,对飞逸转速不会有大的影响。
3 加装副发电机对主机结构性能的影响
拆除励磁机加装副发电机后,副发电机重量将大于原励磁机。副发电机转动部分重量将由下机架、推力轴承承担;静止部分重量将由主机上机架承担;传递副机功率的扭转力矩将由主机轴系承担。为保证加装副发电机后主机的绝对安全可靠,我们将分别对主机推力轴承、上机架、下机架以及轴系的稳定性等进行详细的分析计算。副发电机转动部分重量约45 t(包括增加主机上端轴及上导轴承滑转子),静止部分重量约30 t(包括主机上机架改造,增加的导轴承座等),扣除原励磁机定、转子重量,实际改造后主机推力轴承和下机架负荷只增加约36.6 t,上机架负荷只增加约18.9 t。
3.1 对推力轴承的影响
洛东一号发电机组改造前总推力负荷为500 t,推力负荷包括水轮机和发电机转动部分重量以及水对转轮的轴向推力;加装副发电机后,总的轴向负荷增加为536.6t。
加装副发电机后,发电机推力轴承负荷仅增加7.3%,总损耗仅增加2.1 kW,轴承温度升高1.3e,最小油膜厚度仅减小0.003 mm。均在许用范围内,因此推力轴承能够长期安全运行。
3.2 对下机架的影响
洛东一号发电机组与一般发电机不同之处是它的下机架没有支臂,只有单一的中心体(称为油槽)放置在油槽支墩上,故加装副发电机后增加的7.3%轴向负荷对其各部件应力及挠度影响不大。
加装副发电机后下机架总负荷增加7.3%,各部应力增加7.3%,均在允许范围以内,安全系数2.8倍,挠度增加12%,均远小于允许值,因此能够长期安全运行。
3.3 对上机架的影响
原发电机组為全伞式结构,副发电机静止部分重量约30 t负荷将由上机架承受,加上上机架原自身重量22.3 t的负荷,实际加装副发电机后总负荷为41.2 t。
原上机架内无导轴承装置,也不承受轴向推力负荷,因此本身设计比较单薄。加装副发电机后为了提高整个机组的稳定性,需在上机架中心体内增装导轴承,使机组改变为半伞式结构。上机架中心加装导轴承后,主、副发电机单边磁拉力将通过上机架支臂及千斤顶装置传递到机坑壁,所以也需要将8条井字形结构支臂改成幅向型结构。
所以在加装副发电机时,应同时增加上机架刚度,通过加宽支臂的宽度,使副发电机机座下的支墩与中心体结合在一起(即增高中心体的高度),就可使上机架总挠度降至0.059,比加装副发电机前还要低,可保证上机架的长期安全可靠运行。
4发电机组增加副发过程中出现震动大的处理
4.1分析确认振动是由于本次检修中心调整所致，但考虑到检修时间的限值无法再次进行中心调整，决定通过动平衡手段改善振动。由于线路问题机组有一周的停机时间，首先对可能发生碰磨的部位间隙进行检查，并在确认低压轴封、油档、密封瓦等间隙符合要求后，确定动平衡方案。平衡处理的目标主要是降低 5 瓦、7 瓦的振动，考虑到碰磨对振动的影响，并没有根据同类型机组的影响系数在低压转子和发电机转子同时添加平衡试重，而是首先处理在 3000rpm 下振动已趋于稳定的发电机转子振动，在低-发对轮配重以改善发电机转子振动；然后，根据发电机平衡效果再确定低压缸的配重方案。
4.2全实缸和半实缸找中心会存在偏差，应在检修中积累经验提前给出预留量，确保开机后的振动合格。
4.3当确认振动是由于中心调整不当造成，虽然重新找中心可以解决，但考虑到重新找中心的检修时间长，从减少停机时间提高经济效益出发，通过动平衡改善振动一种较为可行的方法，并能获得较好的效果。
5结论
总之，洛东一号发电机组加装副发电机技术上是可行的,结构上也可以实现,副发电机对主机的可靠性不会造成影响。通过增加上导轴承和上机架千斤顶装置,还可以提高轴系临界转速,并能减小主机振动和摆度,提高机组运行稳定性。
参考文献
[1]刘石，屈梁生.全息谱技术在现场动平衡前故障诊断中的应用[J]. 振动、测试与诊断, 2004，24(4):270～274.
[2]刘石， 屈梁生. 回转机械故障诊断中的三维全息谱技术[J]. 西安交通大学学报，2004，38(9):891～894.