水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因分析

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1、水輪發(fā)電機(jī)紐振動(dòng)原因分析摘要:以犬橋水電廠4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組典型振動(dòng)事故為例，對(duì)引起振動(dòng)的原因，進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞:機(jī)組;振動(dòng);分析水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)問題與一般動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)有一定差異,除了機(jī)器木身轉(zhuǎn)動(dòng)或固定部分引起的振動(dòng)外,尚需考慮發(fā)屯機(jī)的電磁力以及作用于水輪機(jī)過流部分的流動(dòng)壓力對(duì)系統(tǒng)及其部件振動(dòng)的影響。在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，流體一機(jī)械—電磁三部分是相互影響的。例如，當(dāng)水流流動(dòng)激起機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分振動(dòng)時(shí),在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間會(huì)導(dǎo)致氣隙不對(duì)稱變化，由此產(chǎn)生的磁拉力不平衡也會(huì)造成機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的振動(dòng)，而轉(zhuǎn)

2、動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)出現(xiàn)某些變化后，又會(huì)對(duì)水輪機(jī)的水流流場及發(fā)電機(jī)的磁場產(chǎn)生影響。因此，水輪機(jī)的振動(dòng)是電氣、機(jī)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(dòng)是不夠的。鑒于問題的復(fù)雜性,將引起水輪機(jī)組振動(dòng)原因大致分為機(jī)械、水力、電氣三方而的因素來研究,為水電廠生產(chǎn)管理、運(yùn)行、檢修人員提供參考意見，以便制定岀相應(yīng)的預(yù)防和消振措施。1水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的危害振動(dòng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)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(jī)組安全正常運(yùn)行。但較大振動(dòng)對(duì)機(jī)組安全是不利的，會(huì)造成如下

3、危害：a）使機(jī)組各連接部件松動(dòng),使各轉(zhuǎn)動(dòng)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(kuò)大裂縫甚至斷裂；c）尾水管低頻壓力脈動(dòng)可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫;當(dāng)其頻率與發(fā)電機(jī)或電力系統(tǒng)的自振頻率接近時(shí)，將發(fā)生共振，引起機(jī)組出力大幅度波動(dòng)，可能會(huì)造成機(jī)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(jī)組振動(dòng)引起的事故，以便從屮了解機(jī)組振動(dòng)的起因。a）20世紀(jì)80年代初，天橋水電站多次發(fā)生因振動(dòng)擺度過大而引起的設(shè)備損壞事故。1980年8月3號(hào)機(jī)由于上導(dǎo)軸承

4、擺度大導(dǎo)致4個(gè)上導(dǎo)瓦背墊塊斷裂;1982年10月3號(hào)機(jī)發(fā)生發(fā)電機(jī)掃膛嚴(yán)重事故,上導(dǎo)瓦架與上機(jī)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(jī)架振幅達(dá)022mm,水導(dǎo)軸承處振幅達(dá)020mm。水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)大軸法蘭聯(lián)接處擺度為074mm,后經(jīng)測量分析為機(jī)組軸承中心不正，發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子外圓度超標(biāo),空氣間隙不勻等原因所致。把安全工程師站點(diǎn)加入收藏夾b）1997年2月天橋水電站4號(hào)機(jī)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(dòng)相互作用，引起錐管段鋼板振動(dòng)，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(hào)機(jī)大修后，發(fā)生發(fā)電機(jī)推力瓦12塊被燒毀的嚴(yán)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(hào)機(jī)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?yàn)槲菜艿皖l水壓脈動(dòng)激起尾水管壁振動(dòng)，當(dāng)振動(dòng)頻率接近尾水管的固有頻率產(chǎn)生共振時(shí)，嚴(yán)重造成尾水管壁產(chǎn)生裂縫。從以上幾個(gè)實(shí)例看出，機(jī)組發(fā)生振動(dòng)的原因主耍是由于機(jī)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(yán)重也不常發(fā)生。2水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)原因分析21水力因素振動(dòng)的水力因素系指振動(dòng)屮的干擾力來自水輪機(jī)水力部分的動(dòng)水壓力。其特征是帶冇隨機(jī)性，且當(dāng)機(jī)組處在非設(shè)計(jì)工況或過渡工況運(yùn)行時(shí)，因水流狀況惡化,機(jī)組各部件的振動(dòng)亦明顯增大。由于單位體積水流的能量取決于水頭，所以機(jī)組的振動(dòng)一般是隨水頭的降低而減弱，高水頭、低負(fù)荷時(shí)振動(dòng)相對(duì)而言較為嚴(yán)重。產(chǎn)生振動(dòng)的水力因素主要有:水力不平衡、尾水管低頻水壓脈動(dòng)、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(dòng)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(dòng)導(dǎo)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(dǎo)水葉葉片、流道的形狀與尺寸差別較大時(shí),作用于轉(zhuǎn)輪的水流失去軸對(duì)稱時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)不平衡橫向力，引起轉(zhuǎn)輪振動(dòng),在空載或低負(fù)荷運(yùn)行吋振動(dòng)強(qiáng)烈。212尾水管低頻水壓脈動(dòng)水輪機(jī)在非設(shè)計(jì)工況卜?運(yùn)行時(shí)，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(dòng)。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(dòng)，引起水流低頻壓力脈動(dòng)。當(dāng)管內(nèi)水流一經(jīng)發(fā)生，

8、壓力脈動(dòng)就會(huì)激起尾水管壁、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、蝸殼、壓力管道的振動(dòng)。213空腔汽蝕水流通過水輪機(jī)時(shí)，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(shí)水流屮產(chǎn)生汽泡，汽泡進(jìn)入高壓區(qū)潰滅時(shí)便會(huì)出現(xiàn)汽蝕。汽蝕發(fā)牛時(shí),在汽蝕部位會(huì)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(fù)壓而造成的壓力交變產(chǎn)生的振動(dòng)。由空腔汽蝕引起機(jī)組的頂蓋和推力軸承出現(xiàn)劇烈的垂直振動(dòng),它比橫向振動(dòng)的危害更大。214卡門渦列恒定流束繞過物體時(shí)，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(cuò)排列的線渦，