灯泡贯流式水轮发电机组灯泡头异常振动原因分析及处理

灯泡贯流式水轮发电机组灯泡头异常振动原因分析及处理

陈北帅

南水北调东线江苏水源有限责任公司维修检测中心 江苏省 扬州市 225000

摘要：近年来，我国对水轮发电机的应用十分广泛。灯泡贯流式水轮发电机以其独有的低水头适应性在我国低水头水电站中应用越来越广泛，机组轴承轴瓦烧损事故频发，是影响灯泡贯流式水电站安全经济运行主要原因之一。本文就灯泡贯流式水轮发电机组灯泡头异常振动原因分析及处理措施进行研究，以供参考。

关键词：灯泡贯流式机组：灯泡头：振动：机械因素

引言

大型泵站枢纽工程在水资源的调度、开发、利用和保护等方面发挥了关键作用，是流域水利“重器”。泵站日常管理涉及构（建）筑物、金属结构、机电设备、维养作业等多方面，任何一个处于“不安全状态”的设备或“不安全行为”的作业活动均对泵站工程正常运行造成不利影响，甚至造成严重的生产安全事故，因此实施关口前移的风险管理对保障泵站枢纽工程的运行稳定至关重要。

1水轮发电机组基本概述

水轮发电机组，也称为水轮发电机，主要由水轮机、发电机、调速器、励磁系统、冷却系统和电站控制设备等组成。其工作原理是将水的势能转换为电能。具体而言，当水流经过水轮机时，将水能转换为驱使机械旋转的机械能；随后，发电机将机械能转换为电能并输出。水轮发电机组的主要类型包括：垂直轴水轮机组：基于垂直柱塞式水轮机，运行稳定、效率高、噪音小，适用于水头较高、水流较急的地区。水轮泵式发电机组：利用水轮泵作为中间件，将水轮转动产生的动力转化为电力，适用于水头较低、水流较慢的地区。

2灯泡头异常振动原因

本文讨论的灯泡头位于该类型机组的前端，属于灯泡头前置结构。灯泡头是用较厚的钢板制成的一个球面，其作用是减少水流的阻力。灯泡头内侧衬有横向和纵向肋板，其下游侧为法兰面，与发电机定子外壳法兰面相连后形成一个密闭空间，其作用是让发电机及其辅助设备在其内安全稳定运行。运行时，点巡检人员进入灯泡头内进行巡视检查，发现灯泡头振动较往常更大、噪音也有变化。此事立即引起技术人员的重视，当即安排人员用振动测试仪测得灯泡头在不同水头下各负荷段的振动数据。灯泡头在水中的受力支撑方式分为主要支撑和辅助支撑两种。主要支撑是依靠埋设部件管形座，其通过法兰面与定子连接，定子再与灯泡头连接成整体，所以灯泡头受到的作用力和力矩最终是传导至管型座上的。另外，灯泡头的下部安装有垂直支撑，并且在灯泡头的水平方向两侧也装设了水平防振支撑，这个设计的目的是为了减轻振动、增加整个机组的刚强度，起到提高机组运行稳定性的作用。垂直支撑是用来承受灯泡头的部分重量，待流道充水后还需承担灯泡头的巨大浮力。垂直支撑一般采用允许轴向及径向滑动的双球铰结构，此类结构是为了适应水力脉振以及定子机座在机组运行升温后产生的轴向膨胀，以达到减轻基础负荷的作用。

3机组轴瓦烧损预警监控保护方法研究

3.1组合轴承漏油的处理措施

针对水轮发电机组中组合轴承漏油的问题，必须采取切实有效的措施进行处理。首先，应对轴承的密封结构进行全面而细致的检查，确保其设计合理、结构完整，并具备优良的密封性能。这一步骤是防止轴承漏油的基础，因为只有当密封结构本身没有问题时，才能有效地阻止润滑油的外泄。在检查过程中，如果发现密封件存在老化、磨损或损坏的情况，必须立即进行更换。老化损坏的密封件已经失去了其原有的密封效果，若不及时更换，将导致漏油问题进一步恶化。因此，更换新的、符合标准的密封件是解决漏油问题的关键一步。除了检查和更换密封件外，加强轴承的润滑管理也是防止漏油的重要措施之一。润滑油的油位和质量直接影响到轴承的润滑效果和运行稳定性。因此，必须定期检查润滑油的油位，确保其处于合适的范围内。同时，还应检查润滑油的质量，确保其没有变质、污染或掺杂异物。若润滑油的质量不佳，应及时更换新的润滑油，以保证轴承的润滑效果。此外，为了进一步提高轴承的密封性能和润滑效果，还可以采取一些额外的措施。例如，可以在轴承的密封结构上增加密封垫或密封胶等密封材料，以增强其密封性能。同时，还可以加强轴承的清洗和保养工作，定期清除轴承内部的油污和杂质，保持其清洁干燥。这些措施可以有效地提高轴承的运行稳定性和使用寿命，减少漏油问题的发生。

3.2水轮发电机组运行稳定范围划定

机组稳定运行区间划分受到多种因素的综合影响，机组导叶处于小开度时，应禁止运行，如果压力脉动幅值接近尾水管涡带区压力脉动峰值，应限制机组运行。将该水轮机组的水头分别设定为38、40、42、45m，并且分别开展稳定性试验，观测上导叶摆动、下导叶摆动、顶盖水平振动、顶盖垂直振动、水机室噪声、上下机架水平摆动、上下机架垂直摆动，再根据相关技术规范划定禁止运行区、限制运行区和稳定运行区。

3.3定子温升过高的控制措施

为了有效降低水轮发电机组中定子的温升，保障机组的稳定运行，需要采取一系列综合性的措施。首先，需要合理调整机组的运行负荷。这是降低定子温升的关键步骤，因为过载运行会导致机组产生过多的热量，从而引发定子温度升高。因此，需要根据机组的实际运行情况和性能参数，合理安排机组的运行负荷，避免其长时间处于高负荷运行状态。其次，加强机组的散热管理也至关重要。散热不良是导致定子温度升高的重要原因之一。为了确保冷却系统正常运行，需要定期对冷却系统进行检查和维护，清理冷却系统中的杂物和污垢，确保冷却水流通畅通无阻。此外，还可以采用一些先进的散热技术，如增加散热片的数量、提高散热风扇的转速等，以增强机组的散热能力。针对散热不良的部位，需要采取更为具体的散热措施。例如，对于容易积聚热量的部位，可以增加散热片的数量，或者安装额外的散热风扇，以提高散热效率。同时，还可以采用热管技术、液冷技术等先进的散热技术，以进一步提升机组的散热性能。最后，还应定期检查冷却系统的运行状态。这包括检查冷却水的温度、流量和压力等关键参数，以及检查冷却系统的管路、阀门和泵等关键部件的运行情况。通过定期检查和维护，可以及时发现并处理潜在的安全隐患，确保冷却系统始终处于良好的运行状态。

3.4危险源数据库

危险源数据库包括风险点、危险源类别、危险源级别、事故诱因、可能导致的后果、风险值、风险等级。根据《“六项机制”工作指导手册》，某大型泵站枢纽工程泵房可划分33个风险点、查找出62项危险源，显见1个风险点可包含多项危险源，依此类推整个枢纽工程潜在危险源的数量是较多的。因此，为了便于泵站运行风险管理，本文引入“危险源编码机制”将危险源逐一编码，实现系统对危险源数据库的查找、更新、分析和预警等操作。

结语

灯泡贯流式水轮发电机组轴瓦烧损预警监控保护方法已在中国中车集团、韶能集团、贵州中和电力、湖南潇湘水电厂等多个灯泡贯流式水电站实际应用，对机组轴瓦的安全运行能有效起到实时预警、监控、保护的作用，可有效避免机组轴瓦烧损事故的发生，直接经济效益和间接经济效益明显，促进了灯泡贯流式水轮发电机组安全监测技术进步，提升了灯泡贯流式水轮发电机组的安全、经济运行的水平，具有重要的工程应用价值。

参考文献

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