【doc】准确把握水电机组“摆度”的涵义.doc

准确把握水电机组“摆度”的涵义4水电站机电技术21204年第1期准确把握水电机组"摆度"的涵义黄景湖(中国水力发电工程学会,北京,100761)摘要:本文针对目前尚存在的对水电机组盘车摆度与运行摆度混淆不清的问题,阐明盘车摆度与运行摆度各自的涵义,区分性质,以正确指导实际工作.关键词:主轴;盘车;运行;摆度;振动中围分类号:Till13.25文献标识码:A"摆度"是水电机组的技术要求,其涵义对从事涉及水力机械工作的人员,应该是熟悉而清楚的.可最近笔者从接触到的一些培训教材,试题库,招标书里,看到有对"摆度"不准确甚至是错误的提法.例如,在电力行业职业技能鉴定指导中心编的水电机械运行与检修专业的<职业技能鉴定规范>和<职业技能鉴定指导书>里就有.在该规范的第160页有"运行中监测的机组摆度是绝对摆度",在<水轮机检修>指导书第51页有"运行中我们监视的机组摆度是绝对摆度",在<水轮发电机机械检修>指导书第29页有"机组运行中,由于主轴轴线与其旋转中心线不重合,形成沿旋转轴长度方向呈圆锥形的轴线运动,若将主轴横截面圆周等分为若干点,当某一轴号通过安装在固定部件上的百分表时的读数,称为绝对摆度."又如有的标书要求机组运行时的相对摆度不应超过0.05mm/m,某部位的绝对摆度不超过0.xxtoni.这些提法,混淆了盘车摆度和运行摆度,不利于掌握安装技术,不利于机组的质量控制.尤其是在培训教材上出现概念错误,影响很不好.为准确把握水电机组"摆度"的涵义,正确指导机电安装,检修的实际工作,笔者认为有必要再谈谈水电机组的"摆度"问题.1盘车摆度1.1轴线检查水电机组主轴(含水轮机轴,发电机轴及上部轴)的轴线应平直无折弯并与推力轴承镜板摩擦面垂直.实际轴线不会是理想直线,也难与镜板摩擦面绝对垂直,但必须控制在要求的范围里.为此,在机组安装,检修时要进行轴线检查和调整,以保证主轴的同轴度及其与镜板的垂直度符合要求.立式水电机组的轴线检查,现场主要有两种方文章编号:16725387I2004)01000402法,即钢琴线法和盘车法.钢琴线法为一些国外厂家所采用,测出的是轴线折弯值和轴线与镜板的倾斜值(偏心距).我国安装规程规定采用盘车法,测出的是轴线的折弯值和摆度值.倾斜值和摆度值都可以表示轴线与镜板垂直的程度,理论上摆度值为倾斜值的两倍.盘车就是用临时的外力缓慢旋转机组的转动部分.用盘车方法检查机组轴线,又分两种,即刚性盘车和弹性盘车.刚性盘车在靠近镜板处设一旋转约束点(用该处附近的导瓦或临时导瓦,把间隙调至0.030.05mm),推力瓦支撑呈刚性状态,每旋转一等分角度停下并撤去所有外力后测量,测得一转各对称点的数据,即可计算得到所要求部位的径向摆度.弹性盘车设上下两约束点,推力瓦支撑呈弹性状态,测量镜板边缘处的轴向摆度.通常说的摆度指的是径向摆度.1.2摆度允许值在安装技术规范里,规定了对轴线折弯和摆度的要求.为了便于合理规定刚性盘车的摆度要求,对各导轴承处及法兰处的摆度允许值引入了"相对摆度"术语.相应也就有"绝对摆度".盘车检查轴线时,主轴某部位的绝对摆度指的是实际净摆度,由该部位盘车读数直接计算而得到的全摆度减去镜板处相应的全摆度;而相对摆度则是指该部位的绝对摆度与测量部位至镜板距离的比值.显然,用相对摆度来提要求,便于统一对轴线与镜板的垂直度要求.也就是说,在相同的垂直度要求下,相对摆度是一个允许值,而绝对摆度的允许值收稿日期:200309O3作者简介:黄景湖,(1943一),男,教授级高工,从事水电机电安装及自动化元件研究.2004年第1期水电站机电技术5则要视该部位距镜板的远近,距离大的允许值就大,反之则小.2运行摆度2.1运行摆度的性质机组运行后,如果没有不平衡的外力作用,轴线运动可与盘车时相同.但是,机组实际运行后,转动部分的受力状态与盘车时完全不同,有水力,电磁力,离心力,轴承约束力等的作用.这些力都或多或少存在不平衡.在这种有一定变化规律的不平衡力作用和轴线不正情况下,转动部分就会相对旋转中心发生量值大小及方向连续不断地交替变化的现象,即发生振动(若没有一定规律,则为震动).因此,机组运转时,在主轴某部位测得的"摆度"是振动,与盘车摆度性质完全不同.在编制GB856488水轮发电机组安装技术规范时,我们已注意到运行时所测摆度的性质问题,曾打算把试运行测量机组的"摆度"改为"轴振动".后经讨论,认为要考虑我国的习惯叫法,没有改成"轴振动"但在"摆度"前加"运行"二字,改为"运行摆度",同时把其要求(允许值)与盘车的分开提,以示与盘车摆度的区别.各不平衡力的综合作用的结果,可能使轴线整体或部分运动更偏离旋转中心线,也可能约束和纠正轴线整体或部分的运动,使其更靠近旋转中心线.尤其是导轴承的约束作用,对轴线运动影响很大.美国NIMA标准就规定,如轴线在检查时超过允许值,但只要运行后轴的振动值(不含轴的径向滑移)不超过轴承间隙的3/4就可以认为合格.2.2运行摆度的测量水电机组的运行摆度是振动,其剧烈程度是表征机组运行状态好坏的重要标志之一.为正确评价水电机组的动态稳定性,运行摆度的测量必须合理选择参考基准及测量仪器.选择适当的振动参考基准,可以简化检测装置,并达到预定目的.按振动参考基准的不同,水电机组的振动可分为绝对振动和相对振动.轴的相对振动(运行摆度)是指以机架或轴承座为参考基准所测的振动,而轴的绝对振动(运行摆度)是指以大地或惯性空间为参考基准所测的振动.显然,因为机架和轴承座本身有振动,轴的绝对振动信息在评价振动特性,分析振源等方面比相对振动信息更有价值.但是,轴的相对振动测量容易,传感器或百分表安装在机架和轴承座的合适位置就可测量;而轴的绝对振动测量却很困难,其方法之一是从基础上焊出支架安装传感器或百分表进行测量,方法之二是采用复合式传感器,由两个传感器分别测出轴的相对振动和固定处的绝对振动,然后通过矢量合成,得到轴的绝对振动,可目前这种产品适用频率不够低,还不能满足水电机组的要求.水电机组多采用滑动轴承,机架和轴承座的刚度较大,壳体与转子的质量比相对较高,相对振动十分显着,一些振动标准和监测要求都认为,只要传感器固定处的绝对振动值大小仅为轴振动量的20%(美国本特利公司)或者1/3(西德VDI一2059振动标准),所测的相对振动值就有足够精度和价值.因此,除专项试验外,目前一般都采用相对测量方法.选用合适的测量仪器至关重要.百分表是最常用的,但它频率响应差,不适用于动态测量,并且不能作在线监测.现在,普遍采用电涡流传感器进行无接触测量,但要注意其配套的仪器的频率响应范围下限应比转频低.水电机组是旋转机械,转速低,有不规则的水力影响,干扰源复杂,宜以位移振幅为评价基准,并以峰一峰值作为振幅读数.由于轴的振动波形往往为许多波形的合成,所测的峰一峰值有通频(混频)值和基频值之分,一般前者比后者要大,在选用测量仪器时应加注意,在对机组提质量要求时宜予明确.2.3运行摆度的允许值水电机组运行摆度的允许值,GB856488水轮发电机组安装技术规范要求"应小于轴承间隙".笔者作为该标准起草人之一,记得当时定这一要求时,是参照了美国NIMA标准,日本电协研标准和苏联有关标准.美国的规定导轴承处的轴振动应不大于70%80%轴承间隙值,日本的规定是应不大于50%轴承间隙值,苏联的规定是应不大于120%轴承间隙值.经研究讨论,根据我国的国情,我们也以轴承间隙值为准,取100%,介于中间.该标准是1983年开始搞,1986年完成报批稿的;那时我国对水电机组轴振动的测量仪器刚从国外引进,开始研发,对振动测量有些问题还认识不到位,没能在标准里明确测量方式和评价基准,致使实际应用时对条文所述的运行摆度是相对振动还是绝对振动,是通频值还是基频值存在不同的解释.另外,对整流子和滑环的运行摆度允许值也没作出规定,只(下转第8页)8水电站机电技术2004年第1期表14种工况试验数据参数单位况!况况况上仉一仉一仉=仉试验时环境温度t=33E从以上试验可得出如下结论:(1)定子绕组增容改造后,在有功功率10500kW,无论功率4000kvar定子电流1012.5A时,定子绕组最高温升仅为37.9K,铁芯温升仅为30.3K,远低于设计温升值,表现出有较大安全裕度.如果水轮机有足够出力,则可长期运行在有功功率ll500kW,无功功率4000kvar况下.(2)转子绕组在有功功率10500kW,无功功率4000kvar,功率因数为0.934,母线电压为6.48kV时,转子电流为376.7A.已接近转子和励磁机额定电流(400A)值,但此时转子绕组温升仅为73.65K,尚有较大的裕度.因此可长期运行在此工况下.为了确保机组安全运行,同时为该站实施微机监控作准备,我厂于2000年4月将该机组励磁系统由励磁机励磁改为微机可控硅励磁,该励磁系统额定励磁电流大于440A,可使机组长期安全运行于有功功率10500kW,功率因数值小于0.9的工况下.(3)空气冷却器运行情况分析:试验时环境温度高达33,冷却水温为16,平均进风温度仅为22C.既使冷却水温达18C,也有足够传热容量.冷却器热,冷风温差为17.5K,最低进风温度为20C,与进水温度16C相差仅为4C,表现出空冷器具有十分良好的传热性能.试验表明空气冷却器改造较成功.6结束语我厂自1998年以来,先后对三级电站三台水轮发电机组全部进行了相同的改造,丰水期100天增加发电功率5250kW,多发电量1260万kW?h,从而创造了良好的经济效益.这对同行业水电站水轮发电机组的增容改造,也具有积极的借鉴作用.(上接第5页)好采用盘车时的规定值,在一定程度上又让人把运行摆度与盘车摆度相混淆.这些问题有待于该标准修订时解决.我个人认为,轴的运行摆度以采用相对振动通频值为宜.3结束语(1)运行与盘车的"摆度"有不同的涵义,可以表l归纳为几点,列于表1.(2)机组运行时,轴的盘车摆度是测不成的;要测轴的绝对振动值也很难,一般监测到是相对振动值.(3)建议在标准,招投标书,合同等文件里,如有使用含"摆度"的术语,要妥善定义,规范用语,以免产生歧义,引发争议.