水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)分析

【摘要】水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定是其工作性能的重要指標(biāo)，但是高速運(yùn)轉(zhuǎn)的水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)是不可避免的，如果振動(dòng)幅度過大，就會(huì)對(duì)安全生產(chǎn)產(chǎn)生影響，甚至導(dǎo)致事故停機(jī)。本文主要結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，分析了水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)的原因和控制措施。

【關(guān)鍵詞】水輪機(jī)；發(fā)電機(jī)組；振動(dòng)；機(jī)械；電磁

引言

水輪發(fā)電機(jī)組作為一個(gè)彈性組合體，在旋轉(zhuǎn)運(yùn)行過程中，所受作用力無法作答絕對(duì)平衡，因而不可避免的會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)。但是如果水輪機(jī)發(fā)電在機(jī)組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)異常振動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)械連接件產(chǎn)生松動(dòng)或者變形，導(dǎo)致一些零件或者部件出現(xiàn)疲勞、裂紋甚至是斷裂現(xiàn)象，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行事故和供電質(zhì)量，威脅機(jī)組的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

1、水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)原因

機(jī)組振動(dòng)可以分為水力振動(dòng)、電磁振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)三類。

1.1 產(chǎn)生水力振動(dòng)的因素

（1）水力不平衡：當(dāng)流入轉(zhuǎn)輪的水流失去軸對(duì)稱時(shí)，就出現(xiàn)一個(gè)不平衡的橫向力，致使造成機(jī)組振動(dòng)。其水力不平衡主要表現(xiàn)于導(dǎo)葉開度的不均勻，或者止漏環(huán)制造過程圓度不夠以及安裝時(shí)其間隙調(diào)整的不均勻。

（2）尾水管中水力不穩(wěn)定：尾水管中水壓不穩(wěn)定，水壓周期性變化，壓力脈動(dòng)作用于機(jī)組和基礎(chǔ)上，就會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)、噪音和出力波動(dòng)。

空腔汽蝕：空腔汽蝕會(huì)引起機(jī)組的頂蓋和上機(jī)架出現(xiàn)劇烈的垂直振動(dòng)。

導(dǎo)葉開度的不均勻及止漏環(huán)間隙的不均勻：進(jìn)行測量判斷。

空腔汽蝕：檢查汽蝕現(xiàn)象，如果沒有汽蝕，或者汽蝕輕微，則該機(jī)組振動(dòng)不是水力因素引起的，或者說水力因素影響甚微。

1.2 電磁因素

振動(dòng)的電磁因素是指振動(dòng)中的干擾力來自發(fā)電機(jī)電氣部分的電磁力。引起電磁振動(dòng)的主要因素有：轉(zhuǎn)子繞組短路，空氣間隙不均勻等。

（1）轉(zhuǎn)子繞組短路：當(dāng)一個(gè)磁極的磁動(dòng)勢因短路而減小時(shí)，與其相對(duì)的磁極的磁動(dòng)勢沒有變化，因而出現(xiàn)一個(gè)跟轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的不平衡磁拉力，引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)。

（2）空氣間隙不均勻：當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不圓，或機(jī)組中心不正時(shí)，空氣間隙就會(huì)不均勻，從而產(chǎn)生單邊的不平衡磁拉力，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而引起空氣間隙周期性變化，單邊不平衡磁拉力沿著圓周作周期性移動(dòng)，引起機(jī)組振動(dòng)。

1.3機(jī)械因素

振動(dòng)的機(jī)械因素是振動(dòng)中干擾力來自機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其它力，引起振動(dòng)的機(jī)械因素主要有：機(jī)組軸線不正、導(dǎo)軸承缺陷、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡等。

2、案例分析

2.1 某水電站2F機(jī)組開機(jī)試驗(yàn)情況

某電站開機(jī)時(shí)對(duì)機(jī)組進(jìn)行了穩(wěn)定性驗(yàn)收試驗(yàn)，試驗(yàn)使用德國申克公司一體化電渦流位移傳感器及9200 型電渦流位移傳感器18套、WT-3型微調(diào)裝置18套、FTS2000 水力機(jī)組現(xiàn)場綜合測試儀1套、自主研發(fā)的數(shù)據(jù)采集和水力機(jī)組振動(dòng)分析系統(tǒng)1套，試驗(yàn)過程中先后配重34kg，有效的消除了機(jī)組的動(dòng)不平衡。

2.2 試驗(yàn)結(jié)論

機(jī)組軸線調(diào)整不太理想，上導(dǎo)存在原始擺度約150μm，通過試驗(yàn)處理亦無法消除。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子上平面共加配重34kg 后，有效地消除了機(jī)組的動(dòng)不平衡。機(jī)組磁力不平衡不明顯。在目前運(yùn)行水頭下，機(jī)組無明顯低頻水力振動(dòng)區(qū)。機(jī)組上、下導(dǎo)軸承存在二次間隙，運(yùn)行一段時(shí)間后瓦隙擴(kuò)大，經(jīng)振動(dòng)處理并重調(diào)瓦隙后機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，各振動(dòng)、擺度均在規(guī)程要求的優(yōu)秀范圍內(nèi)。

2.3 電站投運(yùn)后振動(dòng)情況

電站機(jī)組用北京英華達(dá)公司研制生產(chǎn)的EN3800大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動(dòng)監(jiān)測故障診斷專家系統(tǒng)。運(yùn)行人員對(duì)每天機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行了記錄，2F機(jī)組在投運(yùn)前半年機(jī)組振動(dòng)穩(wěn)定，但在投運(yùn)半年后溫度有明顯的增大。具體數(shù)據(jù)如下：上導(dǎo)+X、上導(dǎo)+Y、上機(jī)架水平、上機(jī)架垂直、下導(dǎo)+Y、下導(dǎo)+X、下機(jī)架水平、定子水平、定子垂直、水導(dǎo)+Y 、水導(dǎo)+X 、頂蓋垂直，下表1中每組導(dǎo)軸承去兩點(diǎn)中最大值。

從趨勢圖1可以看出，黑河塘電站2F機(jī)組在運(yùn)行半年后，上導(dǎo)、下導(dǎo)擺度明顯增大，而從電站的負(fù)荷情況來看，進(jìn)入7月以來電站來水量增大，進(jìn)入汛期，長期在高負(fù)荷段運(yùn)行，也是機(jī)組擺度增大的主要原因之一。2F機(jī)組在進(jìn)入下半年高峰負(fù)荷后，擺度在機(jī)組的不同工況下變化也較大，在振蕩區(qū)（40%～70%）內(nèi)擺度較大。

2.4 振動(dòng)原因分析

（1）水力方面因素：運(yùn)行水頭穩(wěn)定，各種水力方面情況在前半年后半年無明顯變化，水力方面對(duì)機(jī)組擺度增大影響不大。

（2）機(jī)械方面：黑河塘電站安裝質(zhì)量不甚理想，留下不少問題在開機(jī)試驗(yàn)時(shí)已給出軸線調(diào)整不太理想，上導(dǎo)存在原始擺度約150μm的結(jié)論，從數(shù)據(jù)可以看出，下導(dǎo)在運(yùn)行半年后原始擺度也將比投產(chǎn)時(shí)有所增大。

（3）電磁方面的因素：發(fā)電機(jī)電氣部分的電磁力對(duì)機(jī)組擺度影響較大，振動(dòng)隨勵(lì)磁電流的增大而增大的現(xiàn)象比較明顯。

2.5 對(duì)消除黑河塘電站2F機(jī)組振動(dòng)較大的一些建議

（1）機(jī)組下導(dǎo)擺度緩慢爬升現(xiàn)象是因?yàn)檗D(zhuǎn)軸受熱后剛度略有下降引起，還是下導(dǎo)瓦隙緩慢擴(kuò)大所致，經(jīng)試驗(yàn)分析認(rèn)為后者的可能性更大一些，建議甲方根據(jù)現(xiàn)場監(jiān)測系統(tǒng)積累運(yùn)行數(shù)據(jù)以進(jìn)一步進(jìn)行分析從而找到對(duì)應(yīng)處理措施。

（2）建議機(jī)組大修時(shí)調(diào)整好軸線以減小上導(dǎo)擺度，同時(shí)調(diào)整上導(dǎo)的瓦隙。

（3）建議機(jī)組盡量避免在振蕩區(qū)運(yùn)行；

（4）加強(qiáng)對(duì)機(jī)組不同工況下水機(jī)（包括大軸、頂蓋等處）振動(dòng)、擺度的監(jiān)測，運(yùn)行規(guī)程明確規(guī)定應(yīng)定期監(jiān)測、記錄和分析的時(shí)間。應(yīng)安裝振動(dòng)、擺度在線監(jiān)測裝置，設(shè)定報(bào)警值，并結(jié)合每年機(jī)組C 級(jí)以上檢修對(duì)裝置的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢查校對(duì)；運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)機(jī)組監(jiān)測數(shù)據(jù)超過廠家規(guī)定值或技術(shù)規(guī)范要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)立即采取相應(yīng)措施。

3、結(jié)語

水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)，必然會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，減少水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)對(duì)提高機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行、延長機(jī)組使用壽命具有重要的作用。在掌握各種振動(dòng)特征的基礎(chǔ)上，針對(duì)機(jī)組的實(shí)際振動(dòng)狀態(tài)，用科學(xué)的方法，逐一排除疑點(diǎn)，縮小故障原因的范圍，盡快得到正確的診斷結(jié)果，盡早處理，防止故障的進(jìn)一步擴(kuò)大，避免重大事故的出現(xiàn)，保障水輪機(jī)機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉華康；；淺析水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的原因及危害[J]；甘肅科技；2010年07期.56-57

[2]周宴標(biāo)；；小型水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)分析[J]；湖南水利水電；2007年03期.12-13

作者簡介：李小義（1984-6）男，漢族，本科，貴州仁懷，助理工程師，主要從事：水電站運(yùn)行維護(hù)管理。