1　概　述　
　
　　江垭水电站位于湖南省慈利县江垭镇，处于澧水支流氵娄水中下游段，装有3台单机100 MW的水轮发电机组。东方电机股份有限公司负责制造，3号机组于1999年9月5日投产发电。
　　3号水轮发电机组投产发电不久，就发现下导摆度过大，上机架振动偏大。安装单位对该机组进行处理，问题仍旧严重。此后，湖南省电力试验研究所进行了试验配重，解决了机组机械不平衡问题，振动、摆度情况大有好转。但机组加励磁产生强烈振动及摆度的现象依旧存在，最大的下导摆度值达到0．94 mm，上机架振动也达到0．12 mm。3号机组振动和摆度过大危及机组安全运行，及时处理势在必行。
　　受江垭水电站的委托，东江水电厂派出了专业检修队伍进行3号机组大修。大修最主要任务是彻底解决江垭3号机振动、摆度过大的难题。处理结果令人满意。现将有关江垭3号机振动、摆度过大的原因分析和处理方法作简要介绍。

2　振动、摆度过大产生的原因

2．1　转子磁极励磁电流产生不平衡力的影响
　　当转子磁极加有励磁电流时，机组振动、摆度明显增大，说明有励磁电流的磁极会产生相当大的不平衡的磁拉力。机组空载解列状态运行，逐渐加励磁电流使机端电压升至额定电压，上机架振动增大1倍（0．12 mm），下导摆度增大到0．94 mm。
　　造成机组振动及摆度大的磁拉力不平衡有2个方面的主要原因：一是磁极个别线圈匝间短路使阻抗值不平衡；二是气隙不均匀，有大范围的磁极偏心。
　　大修中进行了2次交流阻抗和1次直流电阻的测量，测量结果没有发现存在电气问题的磁极，可以排除磁极线圈的电气原因。
　　经过数次测量转子磁极圆度来看，转子圆度最大值为0．69 mm，最小值为－0．55 mm，小于±3％×23 mm（发电机空气间隙），远远小于国家标准规定的±5％发电机空气间隙值。因此可以认为磁拉不平衡力不应是此转子不圆度造成的。但从圆度偏差分布来看，正偏差与负偏差过于集中在一边。虽然国家标准及制造厂家图纸均未对此有具体要求或规定，但是，这确是造成机组加励磁后产生较大振动的主要原因。江垭3号机转子磁极圆度只能按特殊方式处理。
2．2　机组轴线及水平、受力、中心、间隙等因素的综合影响
　　机组转动部分的轴线质量的好坏，对整个机组摆度及振动有重要的影响。轴线问题主要体现在：a．三导轴领是否同一直轴线；b．旋转中心是否与轴线重合；c．镜板与轴线是否垂直。
　　镜板有较大的不水平值对机组稳定运行有较大的影响。大修时检查发现该机组镜板自由状态下的水平值达0．1 mm／m以上。镜板不水平往往造成机组倾斜，为使机组中心合格，在安装时可能会把推力镜板强行摆成水平，这样上导、下导轴承及推力轴承憋劲受力，时间一长，容易造成有关轴承的损坏。
2．3　导轴承质量问题
　　下导轴承质量差本身不是构成下导摆度及上机架振动增大的主要原因。由于转动部分产生不平衡力使得下导轴承松动，导瓦间隙增大，而导瓦间隙增大又加剧了下导摆度增大。由此构成恶性循环。最终下导瓦不起支撑作用，而使转子下部在各种不平衡力作用下下导轴领充分摆动。在大修中发现，下导瓦背面凹形垫块已被铬钢柱冲坏。
　　在机组盘车测量轴线时发现上导轴领圆度较差，成椭圆形，直径最大与最小之差达0．09 mm。上导轴领圆度差对机组稳定运行将产生不利影响。
2．4　上端轴法兰和水轮机大轴法兰结合不紧
　　从上端轴开始到水轮机转轮，整个轴线宏观上应为刚性轴，但微观上有一定的柔度。从大修中发现上端轴法兰、水轮机大轴法兰联接螺栓打得不紧，增大了整根轴线的柔性。在下导轴承失去应有的支撑后，下导轴颈处在外力作用下出现较大的摆度。如果整轴刚性好的话，不至于造成下导摆度过于偏大。

3　解决机组振动与摆度大的处理方法

3．1　机组轴线处理
　　机组轴线处理质量的好坏，对整个机组稳定运行会带来根本性的影响，因此在处理中我们慎之又慎。机组正式拆卸前，进行了全面的盘车检查，掌握重要的原始资料，为后面处理打下基础。
　　根据原始盘车计算结果以及大修时掌握的情况进行分析表明：原有的机组轴线存在一定的偏差，原上端轴联结法兰面加了一条约0．02 mm的薄垫片。另外上端轴止口配合尺寸偏差很大，配合间隙达0．15 mm，图纸要求的是0．02 mm～0．06 mm，这给上端轴回装定位造成很大的难度。
　　盘车轴线测量是在机组受力、水平、中心调整基本合格下进行的。通过盘车计算，测得上端轴回装定位有一定的偏差，根据盘车计算的偏差值，对上端轴进行了定位调整，将偏差控制在0．03 mm以内，达到了三导同轴的目标。盘车其它有关指标均满足GB8564－88国家标准的规定。
　　另外，在盘车计算分析中发现上导轴领圆度较差。为此，再次盘车又在各导轴承4个对称方向均装百分表。这样，准确测得上导轴领圆度直径差达0．09 mm。这是影响机组的稳定运行的一个隐患。
3．2　机组受力、水平、中心及间隙得到良好的综合处理
　　关于原来机组受力及水平问题，安装单位移交资料中是这样描述的：“在调整过程中，受力和镜板水平相冲突，反复进行都无法使二者同时满足要求。……”这次大修中检查并测量到原来的镜板自由状态水平值在0．1 mm／m以上。
　　解决这个问题的正确方法是：在初步调好镜板粗略水平后，进行弹性油箱压缩值的精确调整。在镜板自由受力状态下，弹性油箱压缩差值控制在0．20mm以内。再次测量镜板水平，根据水平值的大小及方位进行立体投影换算，求得每一推力抗重螺栓的调整量。这样，既可调整好镜板水平，又能保证弹性油箱压缩值合格。
　　这次大修的机组中心调整是在转动部分充分自由的状态下进行的。中心合格后，各导瓦间隙的调整特别重要。给定水导瓦各单边间隙为0．20 mm，下导瓦各单边间隙为0．17 mm。上导间隙是根据轴领圆度值及轴线偏差值综合考虑的。这样做的目的是：保证三导轴承同心，导瓦面按实际圆度面均匀分布的。
3．3　转子静不平衡力的处理
　　转子静、动不平衡力应当是通过机组运转来检查和处理，也就是通常所说的试验配重问题。
　　大修当中，可以通过适当的检查手段来分析转子重心与轴线是否存在较大偏差的现象，即是否存在静不平衡。在转子重量相对转子中心分布均匀的前提下，保证了转子中心与轴线的重合就保证了转子的重心与轴线重合，即保证了静平衡。
　　对于该机组，单纯按轴线一般处理方式是不能解决转子中心与轴线不重合问题的。本来转子轴线是由上下法兰止口中心与平行决定的，但该转子上法兰止口的基准已遭破坏，上止口中心不能代表转子中心。上端轴位置只能由下端轴轴线来决定。
　　转子中心与轴线是否重合，可以通过测量转子圆度来判断。如果转子中心与轴线偏差很小（在标准允许范围内），则不需重新调整磁轭中心即重新打磁轭键。
　　根据机组变转速试验和转子测圆情况判断，江垭3号机转子静不平衡力不大，无需再考虑轴线与转子重心的重合问题。至于动不平衡问题只能在机组运转后试验判断、处理。
3．4　转子磁极的处理
　　空载变励磁电流测量机组振动、摆度值的试验结果表明：转子磁极有电流通过时转子将产生较大的不平衡力。在排除了磁极本身的问题后，认为江垭3号机加励磁电流后产生过大振动和摆度的原因是：磁极分布圆中心与旋转中心偏离较大，使得转子在某一固定方位存在较大的不平衡磁拉力，造成机组较大的振动与摆度。在磁极和定子铁芯及线圈的条件相同时，单个磁极通过相同电流产生的磁拉力与磁极空气间隙的平方成反比。从江垭3号机转子磁极圆度分布来看，正好符合这种情况，解决的最佳方式是把转子测圆读数较小的磁极加垫处理。尽量做到两两对称处磁极测圆读数相接近，使磁拉力对称。
　　江垭3号机原来的转子磁极圆度值体现在直径值方面较好，转子磁极本身呈圆形，半径分布情况很有规律。这使人容易想到用调整上端轴的办法来达到转子圆心与上端轴同心。但这种方法有很大的局限性：a．上端轴与下端轴将有较大的不同轴度；b．本来已有的静平衡将被破坏；c．以精度要求不是很高的转子圆度来确定定位要求高的上端轴是很不合理的。
3．5　下导轴承综合处理
　　结合机组中心、水平、受力调整及轴线摆度的情况，合理调整好下导间隙，检查下导轴承，支承座必须牢固，支柱螺栓背帽必须打紧。江垭机组下导瓦数量少、瓦面小、承担力小，建议改为与上导相同的结构方式。
3．6　各段轴法兰联接螺栓均匀拧紧
　　根据联接螺栓额定应力及螺栓有效长度，很容易计算出联接螺栓额定伸长值。利用液压拧紧工具，能较好地控制每个螺栓的拧紧力，并做到每个联接螺栓均匀拧紧。

4　机组振动与摆度的处理结果　
　
　　江垭3号机经过上述的综合处理，结果非常理想，机组空载加励磁运行时，上机架振动由原来的0．12 mm降到0．019 mm，下导摆度由原来的0．94mm降到0．20 mm，机组其它各项运行指标均正常