水电厂下机架振动管理论文

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1电厂概况

芦下坝水电厂位于福建省永定县永定河段仙师乡境内，系一引水式电站，两台机组采取单元供水。坝址以上集雨面积1050km2，电站最大水头69.3m，最小水头55.2m，设计水头68.5m，设计流13m3/s，装机容量2×6500kW。水轮机型号HL702-LJ-140,调速器型号CT-40，发电机型号SF6500-16/3300，机组额定转速375r/min，电站两台机组分别于1973年9月、1974年9月投产发电。运行近15年后，又于1988年4月、1989年1月对1号、2号发电机进行了增容改造，改造后的发电机型号为SF8750-16/3300。

2下机架振动特征

1998年9月，在巡视过程中发现1号机上机架振动较明显，特别是水平振动幅度较大(水平1.8mm，垂直0.2mm)，但尚未伴生上导瓦温及推力瓦温的明显变化。停机检查上机架各连接部位及定子基础，并未发现松动。后检查上、下机架及各部轴承，发现下机架基础螺栓的二期混凝土有较明显的裂纹和一、二期松脱现象(见图1)，但机架和基础螺栓连接的螺母没有松动。开机运行观察，发现下机架呈规律性较强的径向摆动(筛状摆动)，且摆动幅度基本不随负荷变化而变化。电厂运行部门用4台2t千斤顶把下机架的4只机脚顶在机墩边壁上(径向固定下机架)，如图2所示，开机运行发现下机架的振动消失了，上机架的振动也随之停止。

3下机架振动原因分析

电厂自投产和增容改造后已稳定运行了20多年的时间，水机和电机因制造过程中的动静不平衡而产生的振动、机组的水力振动、电机电气振动等原因而诱发的振动将伴随着机组的运行而存在并具有一定的规律性，根据电厂长期的运行经验分析，上述振动都不存在。1号机1995年12月大修至1998年9月也稳定运行了几年时间，不存在大修过程中因安装质量而引起振动的因素。据现场观察分析，下机架基础螺栓二期混凝土的裂纹和一、二期混凝土的松脱是造成下机架振动的最主要原因。

对于悬式发电机而言，下机架基础受力相对较小，下机架基础松动引起的振动很少发生。作用在下机架基础上的垂直力有：下机架自重及顶转子力。切向力有：机组停机时的制动力。径向力有：主轴弓状回旋时对下机架导轴瓦生产的离心力，此力通过轴瓦调整螺钉传到了下机架。经计算，作用的基础上的垂直力及水平力(包括径向力、切向力)均较小，不足以直接破坏基础螺栓二期混凝土和机墩混凝土。从现场观察，机墩也未产生裂缝，且未发现机墩导常振动。那么造成下机架基础螺栓二期混凝土裂纹和松脱的主要原因是什么呢？笔者认为长期运行中的水平重复短期荷载的突然增大是造成基础螺栓二期混凝土疲劳破坏的最主要原因。其破坏过程可以分为三个阶段：第一阶段是在二期混凝土浇捣初期，因基础螺栓二期混凝土平面尺寸较小，仅为15cm×15cm，二期混凝土上部预埋40cm×60cm的钢垫板，造成二期混凝土不易振捣，内部缺陷较多，同时垫板下部也不易养护，使得混凝土硬化过程中干缩变形加剧，混凝土表面裂隙较发育(原设计未对二期混凝土提出特殊要求)。第二阶段从1973年9月机组投产至1988年4月，机组在长达15年的稳定运行中，二期混凝土一直重复受到较小的荷载，使混凝土的疲劳强度明显降低。由于应力集中也滋生了新的裂隙，使裂隙稳定发展。第三阶段从机组增容改造后至1997年9月，因增容后的机组转动惯量比原来相应增大30%，使下机架所受的水平力（切向力、径向力）也比原来增大了。突然增大的水平力使混凝土局部应力达到或超过混凝土疲劳强度，二期混凝土内部原有的稳定(假塑性变形)被破坏，混凝土内部出现不稳定的裂隙扩展，有些裂隙迅速扩张，直至贯穿，同时表面也可见明显裂纹，最终导致二期混凝土(包括基础螺栓及基础板)松脱，从而使下机架在主轴弓状回旋径向力作用下产生规律性较强的振动。当千斤顶顶住下机架4只机脚后(径向固定下机架)，下机架的振动消失，上机架的振动也由于下导轴瓦对主轴的径向约束恢复而停止。

4结语

混凝土在短期荷载作用下的变形和破坏与其内部裂缝的生产、扩展是紧密联系的，下机架基础二期混凝土虽然受力较小，但由于所受重复荷载次数高(频率等于机组转速)，在长达数亿次的重复荷载后，混凝土疲劳强度明显降低。机组增容后水平力(包括径向力、切向力)的增大，使混凝土内部应力达到或超过(0.5～0.7)RP(RP为疲劳强度)，随着重复次数的进一步增加，塑性变形加剧，最终导致疲劳破坏。

增容改造是充分挖掘现有设备潜力、增进电厂效益的有效渠道。在增容改造过程中，诸如水机和电气的参数因直接与经济效益相关，考虑往往会比较全面，而许多相对隐蔽的、未直接产生经济效益的项目往往容易被疏忽。增容技改作为一项系统工程应全面考虑，切不可顾此失彼。