水輪發(fā)電機組振動原因分析

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1、水輪發(fā)電機紐振動原因分析摘要:以犬橋水電廠4臺水輪發(fā)電機組典型振動事故為例，對引起振動的原因，進行了分析。關(guān)鍵詞:機組;振動;分析水輪發(fā)電機組的振動問題與一般動力機械的振動有一定差異,除了機器木身轉(zhuǎn)動或固定部分引起的振動外,尚需考慮發(fā)屯機的電磁力以及作用于水輪機過流部分的流動壓力對系統(tǒng)及其部件振動的影響。在機組運轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，流體一機械—電磁三部分是相互影響的。例如，當水流流動激起機組轉(zhuǎn)動部分振動時,在發(fā)電機轉(zhuǎn)子與定子之間會導致氣隙不對稱變化，由此產(chǎn)生的磁拉力不平衡也會造成機組轉(zhuǎn)動部分的振動，而轉(zhuǎn)

2、動部分的運動狀態(tài)出現(xiàn)某些變化后，又會對水輪機的水流流場及發(fā)電機的磁場產(chǎn)生影響。因此，水輪機的振動是電氣、機械、流體等多種原因引起的?？梢姡耆凑者@三者的相互關(guān)系來研究系統(tǒng)的振動是不夠的。鑒于問題的復雜性,將引起水輪機組振動原因大致分為機械、水力、電氣三方而的因素來研究,為水電廠生產(chǎn)管理、運行、檢修人員提供參考意見，以便制定岀相應的預防和消振措施。1水輪發(fā)電機組振動的危害振動是旋轉(zhuǎn)機械不可避免的現(xiàn)象，若能將其振幅限制在允許范圍內(nèi)，就能確保機組安全正常運行。但較大振動對機組安全是不利的，會造成如下

3、危害：a）使機組各連接部件松動,使各轉(zhuǎn)動部件與靜止部件之間產(chǎn)生摩擦甚至掃膛而損壞；b）引起零部件或焊縫的疲勞、形成并擴大裂縫甚至斷裂；c）尾水管低頻壓力脈動可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫;當其頻率與發(fā)電機或電力系統(tǒng)的自振頻率接近時，將發(fā)生共振，引起機組出力大幅度波動，可能會造成機組從電力系統(tǒng)中解列，甚至危及廠房及水工建筑物。下面簡單介紹兒起天橋水電廠機組振動引起的事故，以便從屮了解機組振動的起因。a）20世紀80年代初，天橋水電站多次發(fā)生因振動擺度過大而引起的設備損壞事故。1980年8月3號機由于上導軸承

4、擺度大導致4個上導瓦背墊塊斷裂;1982年10月3號機發(fā)生發(fā)電機掃膛嚴重事故,上導瓦架與上機架固定螺栓8只屮的5只被剪斷,1只定位銷剪斷、瓦架變形。上機架振幅達022mm,水導軸承處振幅達020mm。水輪機軸與發(fā)電機大軸法蘭聯(lián)接處擺度為074mm,后經(jīng)測量分析為機組軸承中心不正，發(fā)電機轉(zhuǎn)子外圓度超標,空氣間隙不勻等原因所致。把安全工程師站點加入收藏夾b）1997年2月天橋水電站4號機尾水管錐管段不銹鋼襯板與普通鋼襯板銜接處（高程8087m）以下約有23m2普通鋼板沿環(huán)向脫落。其主要原因是由于葉片

5、翼端間隙射流及尾水管渦帶產(chǎn)生的低頻水壓脈動相互作用，引起錐管段鋼板振動，焊縫疲勞破壞后被撕裂或脫落。c）2000年11月天橋水電站1號機大修后，發(fā)生發(fā)電機推力瓦12塊被燒毀的嚴重事故，因推力瓦水平調(diào)整不好，軸系中心不正及調(diào)速系統(tǒng)失調(diào)所致。d）2002年5月天橋水電站3號機大修檢查發(fā)現(xiàn)尾水管彎管段垂直于水流方向產(chǎn)牛環(huán)狀裂縫，其主要原因為尾水管低頻水壓脈動激起尾水管壁振動，當振動頻率接近尾水管的固有頻率產(chǎn)生共振時，嚴重造成尾水管壁產(chǎn)生裂縫。從以上幾個實例看出，機組發(fā)生振動的原因主耍是由于機械、水力、

6、電氣三方而的原因引起的，英它如調(diào)速系統(tǒng)失調(diào)、振蕩的因素也冇,但不其嚴重也不常發(fā)生。2水輪發(fā)電機振動原因分析21水力因素振動的水力因素系指振動屮的干擾力來自水輪機水力部分的動水壓力。其特征是帶冇隨機性，且當機組處在非設計工況或過渡工況運行時，因水流狀況惡化,機組各部件的振動亦明顯增大。由于單位體積水流的能量取決于水頭，所以機組的振動一般是隨水頭的降低而減弱，高水頭、低負荷時振動相對而言較為嚴重。產(chǎn)生振動的水力因素主要有:水力不平衡、尾水管低頻水壓脈動、空腔汽蝕、卡門渦列、間隙射流等。211水力不平

7、衡具有位能和動能的水流通過蝸殼的作用形成環(huán)流，再通過分布均勻的固定和活動導葉均勻作用于轉(zhuǎn)輪激發(fā)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。由于加工和安裝誤差，使導水葉葉片、流道的形狀與尺寸差別較大時,作用于轉(zhuǎn)輪的水流失去軸對稱時就產(chǎn)生一個不平衡橫向力，引起轉(zhuǎn)輪振動,在空載或低負荷運行吋振動強烈。212尾水管低頻水壓脈動水輪機在非設計工況卜?運行時，由于轉(zhuǎn)輪出口處的旋轉(zhuǎn)水流及脫流旋渦和汽蝕等彩響，在尾水管內(nèi)常引起水壓脈動。尤其是在尾水管內(nèi)出現(xiàn)大渦帶后如圖1,渦帶以近于固定的頻率在管內(nèi)轉(zhuǎn)動，引起水流低頻壓力脈動。當管內(nèi)水流一經(jīng)發(fā)生，

8、壓力脈動就會激起尾水管壁、轉(zhuǎn)輪、導水機構(gòu)、蝸殼、壓力管道的振動。213空腔汽蝕水流通過水輪機時，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屮產(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)牛時,在汽蝕部位會發(fā)生特殊的噪聲和撞擊聲。空腔汽蝕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。214卡門渦列恒定流束繞過物體時，在出口邊的兩側(cè)出現(xiàn)漩渦，形成旋轉(zhuǎn)方向相反、冇規(guī)則交錯排列的線渦，