水電廠下機架振動管理論文

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1電廠概況

蘆下壩水電廠位于福建省永定縣永定河段仙師鄉境內，系一引水式電站，兩臺機組采取單元供水。壩址以上集雨面積1050km2，電站最大水頭69.3m，最小水頭55.2m，設計水頭68.5m，設計流13m3/s，裝機容量2×6500kW。水輪機型號HL702-LJ-140,調速器型號CT-40，發電機型號SF6500-16/3300，機組額定轉速375r/min，電站兩臺機組分別于1973年9月、1974年9月投產發電。運行近15年后，又于1988年4月、1989年1月對1號、2號發電機進行了增容改造，改造后的發電機型號為SF8750-16/3300。

2下機架振動特征

1998年9月，在巡視過程中發現1號機上機架振動較明顯，特別是水平振動幅度較大(水平1.8mm，垂直0.2mm)，但尚未伴生上導瓦溫及推力瓦溫的明顯變化。停機檢查上機架各連接部位及定子基礎，并未發現松動。后檢查上、下機架及各部軸承，發現下機架基礎螺栓的二期混凝土有較明顯的裂紋和一、二期松脫現象(見圖1)，但機架和基礎螺栓連接的螺母沒有松動。開機運行觀察，發現下機架呈規律性較強的徑向擺動(篩狀擺動)，且擺動幅度基本不隨負荷變化而變化。電廠運行部門用4臺2t千斤頂把下機架的4只機腳頂在機墩邊壁上(徑向固定下機架)，如圖2所示，開機運行發現下機架的振動消失了，上機架的振動也隨之停止。

3下機架振動原因分析

電廠自投產和增容改造后已穩定運行了20多年的時間，水機和電機因制造過程中的動靜不平衡而產生的振動、機組的水力振動、電機電氣振動等原因而誘發的振動將伴隨著機組的運行而存在并具有一定的規律性，根據電廠長期的運行經驗分析，上述振動都不存在。1號機1995年12月大修至1998年9月也穩定運行了幾年時間，不存在大修過程中因安裝質量而引起振動的因素。據現場觀察分析，下機架基礎螺栓二期混凝土的裂紋和一、二期混凝土的松脫是造成下機架振動的最主要原因。

對于懸式發電機而言，下機架基礎受力相對較小，下機架基礎松動引起的振動很少發生。作用在下機架基礎上的垂直力有：下機架自重及頂轉子力。切向力有：機組停機時的制動力。徑向力有：主軸弓狀回旋時對下機架導軸瓦生產的離心力，此力通過軸瓦調整螺釘傳到了下機架。經計算，作用的基礎上的垂直力及水平力(包括徑向力、切向力)均較小，不足以直接破壞基礎螺栓二期混凝土和機墩混凝土。從現場觀察，機墩也未產生裂縫，且未發現機墩導常振動。那么造成下機架基礎螺栓二期混凝土裂紋和松脫的主要原因是什么呢？筆者認為長期運行中的水平重復短期荷載的突然增大是造成基礎螺栓二期混凝土疲勞破壞的最主要原因。其破壞過程可以分為三個階段：第一階段是在二期混凝土澆搗初期，因基礎螺栓二期混凝土平面尺寸較小，僅為15cm×15cm，二期混凝土上部預埋40cm×60cm的鋼墊板，造成二期混凝土不易振搗，內部缺陷較多，同時墊板下部也不易養護，使得混凝土硬化過程中干縮變形加劇，混凝土表面裂隙較發育(原設計未對二期混凝土提出特殊要求)。第二階段從1973年9月機組投產至1988年4月，機組在長達15年的穩定運行中，二期混凝土一直重復受到較小的荷載，使混凝土的疲勞強度明顯降低。由于應力集中也滋生了新的裂隙，使裂隙穩定發展。第三階段從機組增容改造后至1997年9月，因增容后的機組轉動慣量比原來相應增大30%，使下機架所受的水平力（切向力、徑向力）也比原來增大了。突然增大的水平力使混凝土局部應力達到或超過混凝土疲勞強度，二期混凝土內部原有的穩定(假塑性變形)被破壞，混凝土內部出現不穩定的裂隙擴展，有些裂隙迅速擴張，直至貫穿，同時表面也可見明顯裂紋，最終導致二期混凝土(包括基礎螺栓及基礎板)松脫，從而使下機架在主軸弓狀回旋徑向力作用下產生規律性較強的振動。當千斤頂頂住下機架4只機腳后(徑向固定下機架)，下機架的振動消失，上機架的振動也由于下導軸瓦對主軸的徑向約束恢復而停止。

4結語

混凝土在短期荷載作用下的變形和破壞與其內部裂縫的生產、擴展是緊密聯系的，下機架基礎二期混凝土雖然受力較小，但由于所受重復荷載次數高(頻率等于機組轉速)，在長達數億次的重復荷載后，混凝土疲勞強度明顯降低。機組增容后水平力(包括徑向力、切向力)的增大，使混凝土內部應力達到或超過(0.5～0.7)RP(RP為疲勞強度)，隨著重復次數的進一步增加，塑性變形加劇，最終導致疲勞破壞。

增容改造是充分挖掘現有設備潛力、增進電廠效益的有效渠道。在增容改造過程中，諸如水機和電氣的參數因直接與經濟效益相關，考慮往往會比較全面，而許多相對隱蔽的、未直接產生經濟效益的項目往往容易被疏忽。增容技改作為一項系統工程應全面考慮，切不可顧此失彼。