水力發(fā)電機組運行中振動產(chǎn)生的原因分析

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1、水力發(fā)電機組運行中振動產(chǎn)生的原因分析 水力發(fā)電機組運行中振動產(chǎn)生的原因分析 摘要：水力發(fā)電機組一直存在振動的問題，這極大地影響了水電機組的正常運轉，降低了效率，更嚴重威脅著水電機組的使用壽命，給發(fā)電企業(yè)帶來了巨大的損失。本文著重分析了引起振動的三個方面的原因，同時也結合一些例子進行說明。 關鍵詞：水電機組；振動；原因分析 中圖分類號： TV547.3 文獻標識碼： A 文章編號： 1、機械振動 引起機械振動的因素有轉子質(zhì)量不平衡、機組軸線不正和導軸承缺陷等。質(zhì)量不平衡，由于轉子質(zhì)量不平衡，轉子重心對軸心產(chǎn)生一個偏心矩，當軸快速旋轉時

2、，由于失衡質(zhì)量離心慣性力的作用，軸將產(chǎn)生彎曲變形，其中心獲得撓度。轉子重心繞中心作圓周運動，回轉半徑就是振幅。振幅越大，說明軸變形越太，振動得也越嚴重。本機組隨負荷增加的振幅值變化不大，但空載時振動擺度明顯很大；軸線不正，機組軸線不正會引起兩種形式振動：弓狀盤旋：由于轉輪幾何中心偏離旋轉中心，除直接形成盤旋外，尚能增大離心力，兩者均使振幅增大。擺振：在動水壓力作用下，推力軸承處發(fā)生擺振。為此，在制造和安裝時，必須使軸線找正。對新安裝檢修的機組，一般不會由于軸線不正而引起劇烈振動。但對運行一段時間后的機組，出于某些原因使軸線改變，如推力頭與軸配合松動、卡環(huán)不均勻壓縮、接力頭與鏡板間的墊變形或破壞

3、等，都會引起機組振動。軸承缺陷：當導軸承松動、剛性缺乏、運行不穩(wěn)或間隙過大而潤滑不良時，會發(fā)生干摩擦。引起方向弓狀盤旋，即橫向振動力。對機組來講，軸承座剛度不夠，帶上負荷，主軸向水輪方向彎曲傾斜，轉動時有撓度，是機組軸承振動加劇原因之一，導軸承間隙過小，會把轉軸的振動傳給基座和根底。導軸承間隙過大，轉軸振動大，適當?shù)膶лS承間隙，有可能同時保證轉軸與支座的振動均在允許的范圍內(nèi)。 2、水力振動 引起水力振動的因素有水力不均衡、尾水管中的水力不穩(wěn)定和渦列等。 2.1 水利不平衡 當流入的水流失去軸對稱時，出現(xiàn)不平衡的橫向力，造成轉輪振動。水流失去軸對稱的主要原因是過流通道不對稱。

4、最主要原因是：蝸殼形狀不正確，不能保證軸對稱；導葉開度不均，引起轉輪壓力分布不均；在流道中塞有外物；轉輪止漏時環(huán)偏心，止漏環(huán)偏心相當于一個偏心泵，所以造成壓力脈動很大，特別是高水頭水輪機更為嚴重。 2．2尾水管中水力不穩(wěn)定 尾水管中水力不穩(wěn)定現(xiàn)象，主要指尾水管中的水壓周期性變化，壓力脈動作用于機組和根底上，就引起振動、噪音和出力波動，同時它對尾水管里襯有相當大的破壞作用。這種情況，一般發(fā)生在非設計工況下。由于在非設計工況下運行，水流在尾水管進口有一個圓周分量，形成旋流。當此分量達一定值時，使在尾水管中出現(xiàn)渦帶。渦帶的形成與負荷有關，在較大負荷時呈柱狀，在低負荷時(一般為35—75％額

5、定負荷)，扭成螺線形。渦帶在空間不穩(wěn)定，一方面渦帶本身在旋轉，另外，整個渦帶又繞尾水管軸心線旋轉并同時向前游動。由于渦帶的出現(xiàn)，使尾水管中的水流發(fā)生周期性的變化，引起水壓脈動和管壁振動。 2.3 渦列 當水流繞流葉片，由出口邊流出時，便會在出口邊處產(chǎn)生渦列，從葉片的正面和反面交替的出現(xiàn)，形成對葉片交變的沖擊。當沖擊頻率與葉片自振頻率相同時，便產(chǎn)生共振。由渦列所引起的振動只在一定水頭和開度時才能發(fā)生，它能使葉片的根部或輪緣產(chǎn)生裂紋，有時還伴隨著一定的音響。由于葉片長期處于共振頻率下運行，使葉片產(chǎn)生疲勞，出現(xiàn)裂紋。 2005年5月份以來，黃河上游來水量增大，龍羊峽水庫水位上升較快，目前

6、的水位已到達2597.63。4臺機組在高水頭下運行，機組存在較大的運行工況不好區(qū)域，振動較大，對機組的正常運行影響很大。機組在高水頭下運行了幾個月，發(fā)現(xiàn)4臺機組均有不同程度的振動，并且發(fā)現(xiàn)三四號機組尾水管襯與彈性層之間滲漏水增大，尤其是三號機組尾水入孔門，由于機組振動大，致使尾水入門四周的裂紋增加和增長，使得尾水入空門處漏水量增大，嚴重地影響了機組的正常運行。2005年11月3號機組檢修，翻開尾水人孔門檢查過流部件時發(fā)現(xiàn)，尾水管里襯湊合節(jié)處焊縫出現(xiàn)裂紋，最長的一條長達3．7m，同時還有6、7處長短不同的裂紋，在尾水管的補氣短管處和泄水錐上同樣也發(fā)現(xiàn)了多條裂紋。 2.4 空腔氣濁 水流

7、通過水輪機時，其流向、流速隨流道改變，在流速增高或脫流部位壓力降低到汽化壓力時水流中產(chǎn)生汽泡，汽泡進入高壓區(qū)潰滅時便會出現(xiàn)汽蝕，汽蝕發(fā)生時，在汽蝕部位會發(fā)生特殊的噪聲和撞擊聲?？涨黄g是流道中因漩渦帶引起脫流、負壓而造成的壓力交變產(chǎn)生的振動。由空腔汽蝕引起機組的頂蓋和推力軸承出現(xiàn)劇烈的垂直振動，它比橫向振動的危害更大。在軸流式水輪機中，葉片和轉輪室間隙處由于正反面壓差的存在，會形成一股射流。其速度很高。由于轉輪的旋轉，對轉輪室某一部位來說，交替的出現(xiàn)瞬時壓力升高和降低形成周期性的壓力脈動。這種壓力脈動會引起轉輪室振動。 3、磁力振動 磁振動由發(fā)電機電磁局部的電磁力的干擾造成的振動叫做

8、電磁振動。引起電磁振動的因素有：發(fā)電機二相不對稱運行、發(fā)電機突然短路等。 3．1發(fā)電機三相不對稱運行。發(fā)電機運行時，會發(fā)生三相不平衡負載。引起三相電流不平衡。三相不平衡電流會在三相繞組中產(chǎn)生一個逆序旋轉磁場和一個負序旋轉磁場。當負序磁場對著水力發(fā)電機轉子縱軸附近時，因氣隙小，磁阻小，磁力線就多，轉子和定子問的作用力就大。當負序磁場對著轉子橫軸附近時。因氣隙大，磁阻大，磁力線就少，轉子與定子間的作用力就小。這樣，負序磁場和轉子之間的作用力時大時小，就使力矩變成兩倍于周波數(shù)的頻率而脈動，造成轉子及定子機座的振動。 3．2發(fā)電機突然短路。發(fā)電機突然短路會使定子繞組的端部受到很大的電磁力的作用。這

9、些力包括定于繞組端部相互間的作用、定子繞組端部與轉子繞組端部相互間的作用力以及定于繞組端部與鐵芯之間的作用力。另外，發(fā)電機突然短路還使轉子軸受到很大的電磁力矩作用，所受力矩分為兩種：一種是短路電流中使定子、轉子繞組產(chǎn)生電阻損耗的有功電流分量所產(chǎn)生的阻力矩，另一種是突然短路過度過程中才出現(xiàn)的沖擊交變力矩。這些電磁力及電磁力矩能使發(fā)電機組受到劇烈的振動，并給發(fā)電機部件帶來危害。此外，非同期并列、系統(tǒng)故障、雷擊也會使發(fā)電機組產(chǎn)生電磁振動。 結束語 水力發(fā)電機組運行中出現(xiàn)的震動原因在所難免，我們要從以上三大方面進行防護，協(xié)調(diào)好以上范圍值。和可能出現(xiàn)的這些客觀情況進行有效的分析和防控采取有效措施進行消除故障。希望本文的論述能對同行有所幫助。 參考文獻： 〔1〕陳小沁，張利民，張?。畺|方電機股份有限責任公司．水輪發(fā)電機組振動測試和分析．上海大中型電機，2006．No．3． 〔2〕國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局．GB／T8564—2003．水輪發(fā)電機組安裝技術標準． 〔3〕子動平衡方法及應用研究>．大電機技術2002年第2期． 注：文章內(nèi)所有公式及圖表請用PDF形式查看。