浅论水轮发电机组振动原因分析

摘要:水电站中,无论大、中、小、型机组,都要解决稳定性问题,振动是机组不稳定性的基本表现形式。水轮发电机组在运行中产生振动现象是不可避免的,这是由多种原因引起的综合反应。水电站在各种设备运行管理工作中,都要注意加强对机组振动现象及其危害性的分析与预防。使其振动值在允许范围。

关键词:水轮发电机组 振动原因 振动方法 振动允许值 水轮发电机组的振动,是一种非常有害的现象,它会降低机组的供电质量,威胁机组的安全运行和使用寿命,恶化水电厂的工作环境,机组振动的现象包括:轴向振动,立式机组表现为上下跳动,卧式机组表现为前后串动;径向振动,表现为垂直于轴线的方向上摇摆;绕轴线的扭转振动,表现为旋转不均匀、机组角速度周期性的加大和减小。

1 振动的原因

水轮机是机组转动的动力来源,它工作不稳定性必然影响整个水轮机,水轮机由于结构的复杂性,因此引起水轮机的振动的原因是各种各样的,主要是机械振动、水力振动、电磁振动。在机组运转的状态下,流体—机械—电磁三部分是相互影响的。

1.1 机械原因引起的振动

振动的机械原因是指振动中的干扰力来自机械部分的惯性力、摩

擦力及其它力。引起振动的机械因素主要有:转动部分质量不平衡、机组转子的振摆、机组轴线不正;转子抖动、导轴承缺陷等。转动部分静不平衡、转动部分动不平衡、机组轴线缺陷、轴承缺陷、调速器调试不良等。

1.2 水力原因引起的振动

振动的水力原因是指振动中的干扰力来自水轮机运行时动水压力。压力降低时所产生的振动,其特征是带有随机性,当机组处在非设计工况或过渡工况运行时,因水流状况恶化,机组各部件的振动亦明显增大。引起水力振动的原因主要有:反击式水轮机在非最优工况下运行时引起的涡带振动、水流绕流引起的涡列振动、转轮四周水力不平衡,反击式水轮机发生空腔空蚀、通过狭缝的间隙空蚀、导叶或转轮叶片产生不稳定的涡流、转桨式水轮机的非最优协联关系、高水头长输水管道的机组,在负荷变化时可能因水锤现象而造成的振动。

1.3 电磁原因引起的振动

振动的电磁原因是指振动中的干扰力来自发电机电气部分的电磁力。主要电磁原因:转子磁极绕组匝间短路、转子与定子不圆、发电机气隙不均匀、定子铁芯整体性不够、励磁系统工作不稳定、三相负荷不平衡、电力系统发生波动、可控硅整流、负序电流、磁极次序错误而造成的振动。

2 振动的分析方法

为了研究机组振动的特性,振动的测量实验是一个重要的方法,对机组进行振动测量,也是对机组设计、制造和安装质量的检验。为了找出机组发生振动的原因一般从以下几个方面着手进行分析。

2.1 测试和分析振动的频率

测试包括:振动量的测量、系统特性参数的测试、机械、结构或部件的动力强度测试。振动的频率应该用测振仪表,分为机械测振法、电气测振法,须在不同部位和不同方向上测量,以求全面掌握机组的振动情况。

2.2 根据振幅和频率判断振动的原因

某些振动原因会引起某些规律的振动,振动的幅度和频率特性与引起振动的原因有关。机组振动的幅度,尤其振动严重部位的振幅,往往随某些运行参数变化。因此要掌握振幅与机组运行参数的关系,需在试验中查找和消除主要的振动原因。

2.3 测振部位和测振点

立式水轮发电机组的测振点:承重机架的垂直和水平振动;上、下导轴承的水平振动;水导轴承的水平、垂直振动;顶盖或支持盖得垂直振动、发电机定子外壳水平、垂直振动。

卧式发电机组测振点:径向推力轴承的轴向与径向振动、径向轴承的径向振动、定子外壳的径向振动、蜗壳的轴向与径向振动。

3 振动的影响及危害

较大振动对机组安全是不利的,会造成如下危害:

(1)机组的转动部分和轴承受周期性交变力的作用,造成螺栓松动、焊缝开裂、还可能使主轴因材料疲劳而损坏;机组固定部分的轴承、机架、地脚螺栓、连接螺栓等会因振动而变形、松动;各转动部件与静止部件之间产生摩擦甚至扫膛而损坏。

(2)引起零部件或焊缝的疲劳、形成并扩大裂缝甚至断裂。 (3)尾水管低频压力脉动可使尾水管壁产生裂缝;当其频率与发电机或电力系统的自振频率接近时,将发生共振,引起机组出力大幅度波动,机组输出的频率和波形会因振动而变化,可能会造成机组从电力系统中解列,降低供电的质量,甚至危及厂房及水工建筑物。

(4)严重的振动还会破坏机组运行的稳定性,导致机组无法运行。

4 机组振动允许值

在制造厂或规程无规定时,可参照表1数据(单位:mm)。

振动值是指机组在各种正常运行工况下的测量值。

5 采取措施预防

振动是旋转机械不可避免的现象,若能将其振幅在允许范围内,就能确保机组安全正常运行,避免出现共振。

(1)一般大,中型机组转动部分的临界转速设计值大于该机组飞逸转速值的120%;

(2)机组在开,停机操作时,应尽快升速,减速,避开机组在共振区停留时间过长;

(3)找正大轴中心,使机组转动部分的重量和轴向水推理的重心推力轴承的中心;

(4)出现干摩擦现象;

(5)加强轴系和支承系统的刚度;

(6)减少气蚀的发生:空腔,局部,间隙,漩涡。

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