水輪發(fā)電機組的振動原因與分析

《水輪發(fā)電機組的振動原因與分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。

1、水輪發(fā)電機組的振動問題與一般動力機械的振動冇一定差異，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)電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。在機紐運轉(zhuǎn)的狀態(tài)K,流體一機械一電磁三部分是相互影響的。例如，當(dāng)水流流動激起機組轉(zhuǎn)動部分振動時，在發(fā)電機轉(zhuǎn)子與泄子Z間會導(dǎo)致氣隙不對稱變化，由此產(chǎn)主的磁拉力不平衡也會造成機組轉(zhuǎn)動部分的振動，而轉(zhuǎn)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。可見，完全按照這三者的相互關(guān)系來研究系統(tǒng)的振動是不夠的。鑒于問題的復(fù)雜性，將

2、引起水輪機組振動原因大致分為機械、水力、電氣三方面的因素來研究，為水電廠生產(chǎn)管理、運行、檢修人員提供參考意見，以便制定出相應(yīng)的預(yù)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Z間產(chǎn)牛?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(dāng)其頻率與發(fā)電機或電力系統(tǒng)的自振頻率接近吋，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)

3、中解列，甚至危及廠房及水工建筑物。2.水輪發(fā)電機振動原因分析2」水力因素振動的水力因素系指振動中的干擾力來自水輪機水力部分的動水壓力。其特征是帶有隨機性，且當(dāng)機紐?處在非設(shè)計工況或過渡工況運行時，因水流狀況惡化，機紐各部件的振動亦明顯增大。由丁?單位體積水流的能量取決丁?水頭，所以機纟ri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冇:水丿j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。2.1.1水力不平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(dǎo)葉均勻作用于轉(zhuǎn)輪激發(fā)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。由于

4、加T和安裝誤差，使導(dǎo)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時振動強烈。2.1.2尾水管低頻水壓脈動水輪機在非設(shè)計工況下運行時，由于轉(zhuǎn)輪出口處的旋轉(zhuǎn)水流及脫流旋渦和汽蝕等影響，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(dāng)管內(nèi)水流一經(jīng)發(fā)生，壓力脈動就會激起尾水管壁、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機構(gòu)、蝸殼、壓力管道的振動。2.1.3空腔汽蝕水流通過水輪機時，具流向、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吋水流屮產(chǎn)生汽泡，汽泡

5、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是流道屮因漩渦帶引起脫流、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。2.1.4卡門渦列恒定流朿繞過物休時，在出口邊的兩側(cè)出現(xiàn)漩渦，形成旋轉(zhuǎn)方向相反、有規(guī)則交錯排列的線渦，進而互相干擾、互相吸引，形成非線型的渦列、俗稱卡門渦列如圖2。當(dāng)卡門渦列的沖擊頻率接近丁?轉(zhuǎn)動體葉片的固有頻率時，將產(chǎn)生共振，并拌有較強的且頻率比較單一的噪聲和金屈共鳴聲。2.1.5間隙射流在軸流式水輪機屮，葉片和轉(zhuǎn)輪室間隙處由于正背面壓差的存在，會形成

6、一股射流，其速度很高。由于轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)，對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)輪室振動，如圖3。2.2機械因素振動的機械因素系指振動屮的干擾力來門機械部分的慣性力、摩擦力及其它力。其特征是振動頻率等丁?機組的轉(zhuǎn)動頻率或整倍數(shù)的機組轉(zhuǎn)動頻率。引起振動的機械因素主要有:轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡;機組軸線不正;導(dǎo)軸承業(yè)等。2.2.1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S對軸心01,產(chǎn)生一個偏心距e如圖4a所示。當(dāng)軸以角速度旋轉(zhuǎn)時，由于失衡質(zhì)量離心慣性力的作用，軸將產(chǎn)生弓狀回旋，其中心01獲得撓度y,如圖4b所示。01繞0作圓周軸

7、運動，回轉(zhuǎn)半徑Y(jié)就是振幅，這種振動也叫振擺。其特征是:振幅是隨轉(zhuǎn)速度變化而變化的。用公式表示為Y=f(co),co升高，Y增大;反2?下降，Y減小。2.2.2機紐軸線不正在旋轉(zhuǎn)機械中最理想的是機紐?中心、旋轉(zhuǎn)中心及軸線三者重合，其狀態(tài)如圖5a,最不理想的是機組中心、旋轉(zhuǎn)中心與軸線不重合的狀態(tài)，如圖5c。介于二者之間的是旋轉(zhuǎn)中心與機組中心重合，機組軸線不JT?的主要表現(xiàn)形式是軸線與推力頭底平面不垂直和軸線在法蘭結(jié)合面處曲折，如圖6所示，由于軸線傾斜和曲折，使機紐?轉(zhuǎn)子的總軸向力Pa不通過推力軸承中心，就產(chǎn)生一個偏心力矩。隨著轉(zhuǎn)子