水轮发电机组滑转子松动分析及处理

水轮发电机组滑转子松动分析及处理

肖刚 姜景

东方电气集团东方电机有限公司  德阳

摘要：水轮发电机滑转子与轴之间合理的间隙是发电机稳定运行的重要条件。本文主要通过部分电站滑转子出现松动的案例，对滑转子松动的原因进行分析，提出处理的方法。

关键词：水轮发电机 滑转子 摆度

0 前言

国内诸多水轮发电机机组调试或是运行过程中，出现导轴承摆度异常变大情况。引起轴承摆度异常变化的因素有很多，诸如轴承间隙变化，测试位置存在密封装置摩擦，以及滑转子出现松动等[1]。本文就滑转子松动这一课题进行原因分析及相关处理及预防介绍。

1 相关水电站滑转子松动案例

案例1：国内某A中型水电站，在机组投产运行时，机组的震动摆度良好。但是，机组运行几个月后，发现该机组的下导摆度逐渐增大，从监控数据上看，其1倍频和通频值都明显增大。

从图表可以看出，下导轴承的1X幅值和通频幅值都比较大，且通频幅值偏大主要是1倍频幅值影响。在检查和排除相关原因时，相关设备厂家及电站现场对滑转子本体也进行了检查，发现了如下现象：

（1）.滑转子和轴之间有位移痕迹。

（2）.滑转子垂直测量，存在倾斜现象，且对侧倾斜方向一致。

（3）.导轴承和滑转子之间总间隙未发生明显变化，总间隙约为变小。

  导瓦和滑转子间隙未发生变大情况，则可以排除导轴承摆度增加是因为导瓦间隙发生变化造成[2]。滑转子正常情况下不应该存在上下位移情况，

案例2：国内某B中型水电站，在机组前期调试期间，其导轴承摆度正常。但是其在进行发电满负荷甩负荷试验完成后，机组重新开机，其导轴承摆度较之前有明显增大。经检查，为导轴承滑转子倾斜所致。

造成发电机组1倍频偏大的因数有多种，常见的有机械不平衡，定转子偏心造成的磁拉力不平衡，以及油封装置摩擦滑转子造成的轴发热引起的测量误差等诸多因数。机械不平衡，通常采用转动部分配重的方法可以解决,其1倍频和通频，随着机组配重后的平衡性变好，其轴座摆度值会逐渐减低。定转子偏心磁拉力影响产生的1倍频，可以定子振动的相位角度数据基本一致来进行判断；而油封装置引起的摩擦发热，其1倍频幅值通常随时间增加而增加，可以通过涂抹润滑油脂或是放大油封装置与滑转子间隙来减小或消除。滑转子松动产生的1倍频基本上一段时间是稳定增加的1倍频和通频值。

2 相关水电站滑转子松动原因分析

  （1）.滑转子与轴之间本身过盈量偏小，机组运行期间随轴承温度上升，其过盈量逐渐减小甚至消失是滑转子松动的主要原因[3]。

滑转子与轴之间为配加工公差带，如果配加工时，轴公差尺寸偏小，滑转子内孔配加工尺寸偏大，则轴和滑转子间本身会因设计考量及加工配合公差原因会出现过盈量本身偏小情况。

  在机组运行期间，滑转子温度升高，部分热量传递到轴上，轴也随之膨胀。但由于滑转子与轴直径大小差异以及热量传递的延迟，轴升高的温度较滑转子满慢，膨胀量也较之小。在两者过盈量偏小情况下，如果滑转子膨胀量大于轴膨胀量又较多，滑转子与轴之间过盈量就会逐渐减小甚至消失。在此情况下，滑转子就存在松动的可能。

（2）.滑转子在机组实际运行过程中存在一定不均衡力。

   机组运行期间，转动部分受到水利带来的不平衡力，本身机械旋转时的不平衡力，定转子之间不平衡电磁力[4]。转动部分在各方位受力不平衡情况下，滑转子传递到各导瓦上的合成力不一致，偏向一个方向，导致滑转子在此方向上受到导瓦同等反作用力。特别是机组在甩复核等特殊工况情况下，机组在瞬间失去平衡情况下，滑转子不平衡受力将更加明显，其瓦给与滑转子的反作用力更明显。。

  在滑转子与轴升温，存在松动情况下，导瓦的反作用力，使得滑转子倾斜。导瓦位于滑转子中下部，导瓦传递给滑转子的作用力为斜向上，如果滑转子与轴间过盈量小，其相互摩擦力小，在克服滑转子重量作用及二者摩擦力情况下，滑转子就可能出现上移情况。

（3）.滑转子松动倾斜影响机组摆度的原因。

滑转子垂直的上移并会明显的影响机组的摆度。实际情况是，在滑转子松动或过盈量偏小情况下，支撑滑转子的导瓦给滑转子的下部作用力，使得滑转子倾斜。在机组旋转中心不变的情况下，滑转子的倾斜，相当于滑转子与机组旋转中心有一定偏心，其偏心主要体现在导轴承1倍频上。随着滑转子倾斜的增加，其偏心值增加，导致其1倍频增大和通频值也随之增大。

3 相关水电站滑转子松动处理措施

3.1 滑转子松动造成摆度增加，其主要有几个前提条件：

3.1.1 滑转子与轴之间过盈量偏小；

3.1.2.导轴承受到不均衡力；

3.1.3 滑转子受力后存在存在倾斜，甚至位移。

3.2 针对此相关情况，有如下三种处理方式：

3.2.1给滑转子限位。

已经倾斜的滑转子，可以采用加热滑转子，使用工具扶正的方式进行校正，然后限位的方式进行处理。此方式可解决过盈量不是太小，机组不宜长时间停机检修的情况。     

3.2.2 减小机组转动部分的不平衡力。

水利和电磁不平衡在机组安装后很难处理，处理更多的是机械不平衡，其主要方法，动平衡配重，降低转动部分的机械不平衡。此方式可以优化机组运行状态，保证机组长期运行质量。 

3.2.3 增大滑转子与轴之间的过盈量

其主要办法是，通过在滑转子上采取加焊，冷喷涂或热喷涂方式减小滑转子内径；然后，按较大过盈量重新加工滑转子内径。焊接的方式虽然其母材与滑转子可一致，但存在焊接不易掌控，造成滑转子变形的特点，通常不采用。冷喷涂就是和平常使用的金属修复剂原理一致，在静态平面部件上使用较多，但在动态部件上目前不是太多。目前，采用热喷涂技术，处理类似机组的情况在部分电站得到了应用，是解决问题比较彻底的办法[5]。以下为热喷涂工艺基本过程：

  金属热喷涂方法, 其喷涂过程是一个不断重复进行 “ 融 化—雾化—沉淀” 的过程, 其基本原理是: 将要喷涂的金属粉末均匀地送进燃烧室燃烧融化,经过喷嘴加速后的超音速气流将融化的金属粉末雾化为颗粒细小且分布均匀的粒子, 喷向基体并形成涂层。

采用热喷涂特点是: 工作效率高( 全机械操作) , 涂层均匀, 工件受热均匀且温度不高, 滑转子变形小, 并且涂层和基材结合强度较高,完全能够满足滑转子使用要求。

热喷涂工艺过程进如下：

3.2.3.1 对滑转子进行加热，拔出。

3.2.3.2在加工厂加工将滑转子找正带。

3.2.3.3对滑转子热套部位进行 “热喷涂”处理。

  喷涂材料: 通常考虑与原材料性能匹配 。

3.2.3.4 加工滑转子内孔至规定尺寸，如滑转子外部不圆，可在加工内圆后再次加工处理，保证二者同心。

此为滑转子返修处理流程，如电站具备轴和滑转子一并返厂条件，则可在滑转子热套后，专门检查滑转子与轴同心情况，如有偏差，可考虑加工滑转子外圆。

增大过量的方式处理比较彻底，但需要机组停机检修，需要提前规划相关处理时间。

4 预防滑转子的相关措施

  4.1充分考虑热套过盈量，既要考虑机组运行过程中滑转子膨胀，产生的过盈量；也要考虑机组在调试过程中的异常工况可能产生的较大不平衡力对滑转子的影响。

  4.2 部件加工过程中，要注意滑转子和轴公差的配合，避免出现配合公差偏小的情况。

  4.3 机组在调试过程中，尽量优化转动部分平衡性。特别是在风险性试验前，极可能让机组处于最优工况，避免机组子试验或长期运行过程中处理类似情况。

5 结束语

引起水轮发电机组摆度变化因数很多，本文介绍的因滑转子松动原因造成摆度变化的情况只是其中一种。通过对滑转子的原因分析，尽可能避免机组出现相关问题或是在出现相关现象时能尽快发现并解决，以保证机组能安全长期稳定运行！

参考文献

[1]陆柳艳. 乐滩电厂水轮发电机顶轴滑转子松动问题分析及处理[J]. 红水河,2016,35(5):111-114.

[2]何伟,周军长,曾玉好,等. 水轮发电机下导滑转子松动原因分析及处理[J]. 水电与抽水蓄能,2020,6(2):74-76,97.

[3]占乐军,许义群. 水轮机上导轴承滑转子松动原因分析[J]. 云南电力技术,2015,43(z1):153-154.

[4]陈弘昊,李展,杨昭,等. 某抽水蓄能电站顶轴滑转子松动分析与处理[C]. //中国水力发电工程学会电网调峰与抽水蓄能专业委员会2021年学术交流年会论文集. 2021:212-218.

[5]曲岩,赵海峰. 景洪电厂5号机组下导滑转子松动分析及处理[C]. //云贵川桂湘粤六省(区)水力发电工程学会2015年水电站运行管理及检修技术研讨会论文集. 2015:122-127.