水輪發(fā)電機組振動原因探究

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1、水輪發(fā)電機組振動原因探究【摘要】本篇論文作者結(jié)合自己所學的專業(yè)理論知識和多年從事機組運行的實際工作經(jīng)驗，就水輪發(fā)電機組在運行中經(jīng)常出現(xiàn)的振動現(xiàn)象，專門從技術(shù)和理論分析的角度探析了引起振動的各種原因。但不同機組在運行中出現(xiàn)的不同振動應(yīng)做具體地實時分析，以便制定正確的處理方案，也不能生搬硬套，這里僅談一些分析過程中的共性和大家共勉?！娟P(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機組振動原因探析中圖分類號：[TV734.2+1]文獻標識碼：A文章編號：一、振動的危害和其他機械設(shè)備一樣，水輪發(fā)電機組在運行中的振動是一種普遍存在的、不可能完全避免和消除的現(xiàn)象。只要將振動限制在允許的范圍內(nèi)，它對機組本身及其工作

2、并無妨害。但是當振動超過一定限度時，對機組設(shè)備本身及對周圍的建筑物甚至對整個水電站的運行都會帶來很大的危害，主要有：（一）引起機組零部件金屬焊縫中疲勞破壞區(qū)的形成和擴大，從而使之發(fā)生裂紋，以至斷裂損壞而報廢。（二）使機組各部位緊固連接部件松動，導(dǎo)致這些緊固件本身的斷裂，加劇被其連接部分的振動，促使它們迅速損壞。6（三）加速機組轉(zhuǎn)動部件的相互磨損，如：大軸的劇烈擺動可使軸與瓦的溫度升高，使軸承燒毀；發(fā)電機轉(zhuǎn)子的過大振動會增加滑環(huán)與電刷的磨損，當勵磁機與發(fā)電機的軸是剛性連接時，轉(zhuǎn)子的劇烈振動也會增大整流子的磨損，并使整流子和集電環(huán)上發(fā)生跳火現(xiàn)象。（四）尾水管中的水流脈動壓力可

3、使尾水管壁產(chǎn)生裂縫，嚴重的可使整塊鋼板剝落。（五）共振所引起的后果更為嚴重，如機組設(shè)備和廠房的共振可使整個設(shè)備和廠房毀壞，當尾水管中的水流脈動頻率與發(fā)電機及電力系統(tǒng)的自振頻率接近時，負荷的微小變化所發(fā)生的共振，可能引起發(fā)電機本身的極大波動和電力系統(tǒng)的大幅度振蕩，因而可使機組從系統(tǒng)中解列，對電站和電力系統(tǒng)的安全運行帶來嚴重危害。（六）機組過大的振動不僅危及水電站的安全運行，而且還影響水電站和電力系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。這是因為不少機組均有一明顯振動區(qū)，為保證機組的安全，應(yīng)避開振動區(qū)運行，這就給機組之間和系統(tǒng)之間負荷的合理分配帶來困難，因而不利于水電站和系統(tǒng)的經(jīng)濟運行。二、振動的原因

4、引起水輪發(fā)電機組振動的原因很多，根據(jù)干擾力的不同形式，大體上可分為三類：由機械原因引起的振動、水力原因引起的振動和電磁原因引起的振動。6(一)、機械因素引起的振動l、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子重心對軸心會產(chǎn)生一個偏心距。當軸以某一角速度旋轉(zhuǎn)時，由于失衡質(zhì)量離心慣性力的作用，繞軸心作圓周運動時回轉(zhuǎn)半徑就是振幅。這種振動的特征是：振幅是隨轉(zhuǎn)速變化而變化的，轉(zhuǎn)動角速度升高，振幅增大。當轉(zhuǎn)動角速度接近臨界值時，振幅劇烈增大而產(chǎn)生共振。轉(zhuǎn)動角速度下降時，振幅也下降。所以一般大中型機組在設(shè)計時都要保證機組的臨界轉(zhuǎn)速大于最大飛逸轉(zhuǎn)速的10％～15％，以避免共振。轉(zhuǎn)動部分產(chǎn)生

5、的不平衡離心力作用在軸承上，引起支承部分的振動，振動頻率就是轉(zhuǎn)動頻率（f=n／60），振幅與轉(zhuǎn)速的平方成正比。2、機組軸線不正機組軸線不正的主要表現(xiàn)形式是軸線與鏡板摩擦面不垂直和軸線在法蘭結(jié)合面處曲折。由于軸線傾斜和曲折，使機組轉(zhuǎn)子的軸向力不通過推力軸承中心，就產(chǎn)生一個偏心力矩。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，偏心力矩也同時旋轉(zhuǎn)，使各支柱螺栓的受力是脈動力，其脈動頻率與轉(zhuǎn)速頻率相同，從而產(chǎn)生推力軸承各支柱螺栓的軸向振動，轉(zhuǎn)子也隨之產(chǎn)生振擺。軸線不正，也是引起徑向振動的原因之一。3、軸承缺陷當軸承松動或間6隙過大潤滑又不良，或軸承與固定止漏環(huán)不同心等都會發(fā)生干摩擦，引起機組的橫向振動。(二

6、)、水力因素引起的振動1、導(dǎo)葉、蝸殼引水不均引起的轉(zhuǎn)輪進口水流沖擊理想情況下，導(dǎo)葉在任何位置(開度)時，它兩側(cè)的流速和壓力呈均勻的分布狀態(tài)，相臨流道內(nèi)具有同樣的能量平衡，此時水流正常平順。然而，由于加工和安裝上的誤差，各個葉片和各個流道的形狀與尺寸總是有一定的差別，有些差別還可能較大，這就會對水流產(chǎn)生擾動，擾動水流進入轉(zhuǎn)輪區(qū)就會與之發(fā)生沖擊，引起水輪機的振動和水壓脈動。蝸殼進水不均也能產(chǎn)生壓力脈動。這種情況主要發(fā)生在鼻端處。蝸殼鼻端處的隔板(最后一個固定導(dǎo)葉)起隔流作用，即把從壓力鋼管來的水和流到蝸殼末端的水流分開。由于水流在蝸殼里的磨擦損失，使上述兩股水流具有不同的能量

7、，即鼻端隔板兩側(cè)水流的壓力和流速不同，它們在鼻端后相遇就發(fā)生擾動，此擾動水流通過導(dǎo)葉流道與轉(zhuǎn)輪相碰撞就會產(chǎn)生壓力脈動。2、卡門渦列6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，旋渦從葉片的正面和背面交替的出現(xiàn)，形成對葉片尾部交變的作用力。當渦列頻率與葉片自振頻率相同時，便產(chǎn)生共振。共振時，葉片的動應(yīng)力可能達到平均應(yīng)力的50％以上，加上振動頻率較高，因而極易使葉片產(chǎn)生疲勞裂紋甚至完全斷裂。3、空腔氣蝕水輪機在非設(shè)計工況下運行會產(chǎn)生空腔氣蝕，由空腔氣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性更大。