（水利工程專業(yè)論文）石泉水電廠2號機組運行穩(wěn)定性問題的試驗研究.pdf

摘要 石泉水電廠2 號機組運行穩(wěn)定性問題的試驗研究 學科 水利工程 作者 井永強 導師 羅興鏑教授 李萬緒高級工程師 答辯日期 簽名 簽名 簽名 者呂矛場 蹶紜 a 摘要 目前水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性問題日益嚴重 相當一部分水電廠機組在某些運行區(qū)域存在 振動問題 它涉及到水力機組的制造 設計 安裝 調(diào)試以及電廠運行等各個環(huán)節(jié) 石泉水電廠投運以來 一直存在一定的故障缺陷 經(jīng)過多年的運行后機組存在著較為 嚴重的運行穩(wěn)定性問題 如 水輪機頂蓋垂直振動較大 導軸承擺度超標等 本文針對石 泉水電廠2 號機組展開試驗研究 分析石泉電廠機組不穩(wěn)定運行的原因 提出了相應的處 理措施 主要包括以下內(nèi)容 1 詳細研究了引起水輪發(fā)電機組運行不穩(wěn)定的原因 分析了由于水力原因 機械 原因和電氣原因引起機組振動的各種現(xiàn)象 2 對水輪發(fā)電機組的振動測試方法進行了分析 根據(jù)石泉電廠機組實際情況 確 定了機組穩(wěn)定性試驗的主要觀測量 測試點的布置 傳感器的選擇以及機組振動信號的分 析方法 3 根據(jù)石泉電廠運行中存在的實際問題 對2 號機組分別進行了空載試驗 變轉(zhuǎn) 速試驗 變勵磁試驗 變負荷試驗和噪聲測試 現(xiàn)場試驗結(jié)果表明 勵磁機的拆除 直接 影響到整個機組轉(zhuǎn)動部分的重心分布 導致機組的動不平衡狀況惡化 機組的振動 擺度 增加 機組大軸擺度隨著機組轉(zhuǎn)速的增大而增大 4 采取以下有效處理措施 針對機組推力軸承受力不均勻的情況 采用應變儀法 對推力軸承受力進行調(diào)整 通過配重 糾正機組的動不平衡問題 關(guān)鍵詞 石泉水電廠運行穩(wěn)定性試驗研究振動 本研究得到國家自然科學基金項目 9 0 4 1 0 0 1 9 5 0 7 7 9 0 5 6 教育部高等學校博士學科點專項基金項 目 2 0 0 4 0 7 0 0 0 0 9 和陜西省教育廳專項科研計劃項目 0 5 j k 2 6 4 的資助 西安理工大學工程項士學位論文 e x p e r i m e n t a ls t u d yo no p r a t i o ns t a b i l i t yo fu n i t2o fs h i q u a np o w e r p l a n t s u b j e c t h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g a u t h o r j i n gy o n g q i a n g t u t o r l u o x i n g q i p r o f e s s o r l iw a n x us e n i o re n g i n e e r d a t e a b s t r a c t a tp r e s e n t t h eh y d r o p o w e r u n i ti n s t a b i l i t yi s s e v e r i t yi n c r e a s i n g l y q u i t em a n yo f h y d r o p o w e ru n i t sv i b r a t e di ns o m er e g i o n so fo p e r a t i o n t h ep r o b l e mr e l a t et oe v e r yt a c h eo f t h eh y d r o p o w e r u n i t s u c ha sm a n u f a c t u r e d e s i g n i n s t a l l a t i o n d e b u g g i n ga n dn m n i n g a f t e rt h es h i q u a np o w e rp l a n tw a sp u ti n t ou s e t h e r ew a ss o m eb u g a n ds o m es e r i o u s u n s t a b l ep r o b l e ma p p e a r e d s u c ha se x c e s s i v eh e a dc o v e rv e r t i c a lv i b r a t i o na n dg u i d eb e a r i n g t h r o wa n ds oo n p r o c e e d e df r o ma c m a lc o n d i t i o n so fu n i t2o fs h i q u a np o w e rp l a n tt h e e x p e r i m e n t a ls t u d yw a sd o n et oa n a l y s et h er e a s o no fu n s t e a d yo p e r a t i o ni nt h i sa r t i c l e t h e t r e a t m e n tm e a s l e sw a sp r o p o s e d t 1 1 ed e t a i l si n c l u d e ds e v e r a la s p e c t sa r ea sf o l l o w s 1 n l em a i nr e a s o n sr e s u l t e di nu n s t e a d yo p e r a t i o no ft h eh y d r o p o w e r u n i tw e r e a n a l y s e di nd e t a i l d i f f e r e n tv i b r a t i o np h e n o m e n ac a u s e db yh y d r a u l i cf a c t o r m e c h a n i c a lf a c t o r a n de l e c t r i cf a c t o rw a sr e s e a r c h e d 2 t h i sp a p e re x p o u n d st e s t i n gm e t h o d sa b o u tv i b r a t i o no fh y d r o p o w e ru n i t a c c o r d i n g t ot h ea c t u a lc o n d i t i o no fs h i q u a np o w e rp l a n t t h el a y o u to ft h et e s tp o i n t t h ec h o i c eo ft h e s e n s o r sa n dt h ea n a l y s i sm e t h o do fv i b r a t i o ns i g n a lw e r ed e c i d e di ni n s t a b i l i t yt e s t 3 t h en o l o a dt e s tv a r i a b l es p e e dt e s t v a r i a b l ee x c i t a t i o nt e s ta n dv a r i a b l el o a dt e s ta n d n o i s e st e s tw e r ec o n d u c t e da i m i n ga tu n i t2o fs b i q u a np o w e rp l a n t a c c o r d i n gt ot h et e s tr e s u l t d e m o l i t i o n so fe x c i t e ri n f e c td i r e c t l yt h eg r a v i t yc e n t e rl o c a t i o no ft h ew h o l er o t a t i o np a r t a sa r e s u l t t h ed y n a m i cu n b a l a n c eo ft h eu n i tw a sw o r s e n e d t h u st ol e a dt om o r es e r i o u sv i b r a t i o n a n dt h r o w t h em a i ns h a f tt h r o wb e c o m em o r es e r i o u sw i t hh i g h e rr o t a t es p e e d 4 i nv i e wo ft h ep r o b l e mo fs h i q u a np o w e rp l a n t t w oe f f e c t i v em e a s u r e m e n t sw e r e p r o p o s e da sf o l l o w s n el o a do ft h et h r u s tb e a r i n gi sr e a d j u s t e dt od i s m i s st h eu n e v e n l o a d i n gb yu s i n gs t r a i n m e t e rm e t h o d i no r d e rt oc o r r e c tt h ed y n a m i cu n b a l a n c eo ft h eu n i t t h el o a do ft h er o t a t i o np a r th a sb e e na d j u s t e d k e yw o r d s s h i q u a np o w e rp l a n t o p r a t i o ns t a b i l i t y e x p e r i m e n t a ls t u d y v i b r a t i o n p r o j e c ts u p p o r t e db yt h en a t i o n a ln a t u r a ls c i e n c ef o u n d a t i o no fc h i n a 9 0 4 1 0 0 1 9 5 0 7 7 9 0 5 6 s p e c i a l i z e dr e s e a r c hf u n df o rt h ed o c t o r a lp r o g r a mo fh i g h e re d u c a t i o n 2 0 0 4 0 7 0 0 0 0 9 a n d s p e c i a l i z e dr e s e a r c hp l a ni nt h ee d u c a t i o nd e p a r t m e n to fs h a n x ip r o v i n e eo fc h i n a 0 5 i x 2 6 4 獨創(chuàng)性聲明 秉承祖國優(yōu)良道德傳統(tǒng)和學校的嚴謹學風鄭重申明 本人所呈交的學位論文是我個 人在導師指導下進行的研究工作及取得的成果 盡我所知 除特別加以標注和致謝的地 方外 論文中不包含其他人的研究成果 與我一同工作的同志對本文所論述的工作和成 果的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并已致謝 本論文及其相關(guān)資料若有不實之處 由本人承擔一切相關(guān)責任 論文作者簽名 學位論文使用授權(quán)聲明 d 7 年膽月 c 日 本人宣奎亞 絲在導師的指導下創(chuàng)作完成畢業(yè)論文 本人已通過論文的答辯 并 已經(jīng)在西安理工大學申請博 k 碩士學位 本人作為學位論文著作權(quán)擁有者 同意授權(quán) 西安理工大學擁有學位論文的部分使用權(quán) 即 1 已獲學位的研究生按學校規(guī)定提交 印刷版和電子版學位論文 學?？梢圆捎糜坝?縮印或其他復制手段保存研究生上交的 學位論文 可以將學位論文的全部或部分內(nèi)容編人有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索 2 為教學和 科研目的 學?？梢詫⒐_的學位論文或解密后的學位論文作為資料在圖二體館 資料室 等場所或在校園網(wǎng)上供校內(nèi)師生閱讀 瀏覽 本人學位論文全部或部分內(nèi)容的公布 包括刊登 授權(quán)西安理工大學研究生部辦 理 保密的學位論文在解密后 適用本授權(quán)說明 螂 名 縊i 司坩坪日 第一章緒論 l 緒論 1 1 研究背景與意義 隨著我國水電開發(fā)的不斷深入 一大批大型甚至巨型水電站相繼投入運行 機組單機 容量越來越大 伴隨著的是機組穩(wěn)定性日益嚴重 相當一部分水電廠存在著機組振動的問 題 水輪發(fā)電機組是全廠的核心設備 它能否長期可靠地安全穩(wěn)定運行 直接關(guān)系到全廠 的安全生產(chǎn)和經(jīng)濟效益 機組的振動一方面限制了其運行區(qū)域 降低了機組的調(diào)節(jié)能力 可能引起機組功率的 擺動 另一方面嚴重影響機組的運行 降低了機組和零部件的使用壽命 嚴重時還可能引 起廠房甚至大壩基礎的劇烈振動 對水電廠的經(jīng)濟和安全運行構(gòu)成了威脅 近年來 國內(nèi) 外大型機組不斷出現(xiàn)振動問題 如國外的大古力 塔貝拉和古里電站 國內(nèi)的巖灘 五強 溪 小浪底等電站均出現(xiàn)了不同程度的穩(wěn)定性問題 水輪發(fā)電機組的穩(wěn)定運行是制造 設 計以及電廠運行等部分需要研究和解決的關(guān)鍵問題 1 1 1 石泉水電廠基本情況介紹 石泉水電廠位于漢江上游陜西省石泉縣城上游1k m 的峽谷出口 屬壩后式水電廠 電廠主要由攔水大壩 有壓引水系統(tǒng) 發(fā)電廠房組成 電廠總裝機容量1 3 5 m w 1 9 7 5 年 3 臺機組全部并網(wǎng)發(fā)電 為了利用汛期棄水多發(fā)電 近年又進行了擴機改造 擴機工程安 裝兩臺發(fā)電機組 單機容量4 5 m w 于2 0 0 0 年先后并網(wǎng)發(fā)電 擴機后石泉水電廠總裝機 容量2 2 5 m w 年發(fā)電量約7 8 億k w h 2 號機組主要參數(shù) 水輪機型號 h l l 2 3 l h 4 1 0 制造廠家 東方電機廠 最大水頭 4 7 5 m 設計水頭 3 9 m 最小水頭 2 6 3 m 額定容量 4 6 4 m w 額定轉(zhuǎn)速 1 0 7 r p m 活動導葉 2 4 個 發(fā)電機型號 t s 9 0 0 1 3 5 5 6 制造廠家 東方電機廠 額定容量 5 3 0 0 0 k v a 額定電壓 1 0 5 k v l 西安理工大學工程碩士學位論文 1 1 2 研究石泉水電廠二號機組運行穩(wěn)定性的意義 石泉水電廠2 號機組自1 9 7 4 年投運以來 一直存在一定的故障缺陷 機組經(jīng)過3 0 年的運行后存在著較為嚴重的運行穩(wěn)定性問題 水輪機頂蓋垂直振動較大 導軸承擺度超 標 根據(jù)已有資料 推測引起機組不穩(wěn)定運行的原因有 1 機組振動 擺度過大 2 機組推力頭有松動 3 推力軸承受力不均 推力瓦磨損較快 4 機組軸線不直 5 尾水管低頻渦帶振動 長時間的不穩(wěn)定運行對機組造成了極大的威脅 深入研究影響石泉水電廠水輪發(fā)電機 組安全穩(wěn)定運行的因素 分析其發(fā)生的原因 對減輕或者避免類似現(xiàn)象的再次發(fā)生 具有 重要的參考價值 對石泉水電廠的穩(wěn)定運行具有重大的意義 同時也可為其它電站處理類 似問題提供重要的技術(shù)依據(jù) 1 2 影響水輪發(fā)電機組穩(wěn)定運行主要原因及研究現(xiàn)狀 早期的水力機組由于容量較小 水輪機轉(zhuǎn)輪直徑相對較小 運行中出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象 尚不突出 隨著科學技術(shù)的發(fā)展 水輪機比轉(zhuǎn)速和單機容量越來越大 已超過7 0 0 m w 其結(jié)構(gòu)也更加復雜 機組尺寸增大 導葉相對高度增高 相對剛度減弱 加上電站水頭變 幅大 機組運行工況有時欠佳 從而使得機組運行中出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象越來越多 甚至波 及到電站的建筑物上面 由此引發(fā)的問題也日益突出 工程實踐方面 我國已投產(chǎn)的裝備大型混流式水輪機的電站 如巖灘 劉家峽 二灘 五強溪 隔河巖 小浪底 大朝山 魯布革等水電站都出現(xiàn)了不同程度的水力機組振動和 穩(wěn)定性問題 嚴重影響電站功率的發(fā)揮和經(jīng)濟效益 有的甚至導致水輪機葉片斷裂 尾水 管管壁撕裂等事故 或是由于機組的強烈振動引起廠房等土木建筑物結(jié)構(gòu)發(fā)生較強烈的振 動 危及整個電站的安全 穩(wěn)定和高效運行 西南某大型電廠的1 機組由于導葉剪斷銷 破壞引起轉(zhuǎn)輪周期性激振 導致轉(zhuǎn)輪有兩塊葉片振落和其它葉片嚴重開裂而不得不更換新 轉(zhuǎn)輪 造成直接經(jīng)濟損失達一千多萬元 葛洲壩電廠某機組投產(chǎn)不久即出現(xiàn)明顯的振動 發(fā)出刺耳的噪音 并導致廠房振顫 嚴重地危及運行人員的身心健康 紅石水電站機組振 動誘發(fā)廠房振動 造成廠房立柱開裂 湖南省東江水電站由于大壩的固有頻率低 水輪機 尾水管的壓力脈動頻率與大壩的三階固有頻率接近 因此水電機組的振動引起了大壩的振 動 對大壩進行全面檢查時發(fā)現(xiàn) 壩體上 下游壩面多處有明顯可見的裂縫 國外的大古 力 古里水電站都出現(xiàn)了部分負荷下機組和水工建筑物的強振現(xiàn)象 巴基斯坦的塔貝拉電 2 第一章緒論 站 美國的庫拉瀑布水電站等也發(fā)現(xiàn)有劇烈的振動與噪聲 對水力機組出現(xiàn)的振動和穩(wěn)定性問題 國內(nèi)外專家學者進行了大量的工作 但是 由 于問題的復雜性 目前 國內(nèi)外尚無完善的水力機組振動和穩(wěn)定性的預測方法和評價標準 1 2 1 水輪發(fā)電機組運行不穩(wěn)定的表現(xiàn)形式 水輪發(fā)電機組的運行穩(wěn)定性問題是一個總體概念 可歸結(jié)為兩個方面 一是穩(wěn)定性的 判據(jù) 另一是穩(wěn)定性的追蹤 這兩個問題不僅涉及非線性系統(tǒng)動力學領(lǐng)域 而且與水輪機 內(nèi)部水動力學特性密切相關(guān) 水輪發(fā)電機組在運行中出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象 是多種因素互相耦合 互相激勵的結(jié)果 水輪發(fā)電機組在運行中出現(xiàn)的不穩(wěn)定性常反映在以下幾個方面 工作水頭和出力的波動 水壓力脈動 水流周期性沖擊 機組支撐部分的振動 機組轉(zhuǎn)子振擺 調(diào)速系統(tǒng)的振蕩 機組內(nèi)部不正常的音響 噪音 異常聲音 等 1 1 水輪發(fā)電機組工作環(huán)境的復雜性和機組不穩(wěn)定運行誘發(fā)因素的多樣性 導致各電站機 組不穩(wěn)定運行的表現(xiàn)形式各不相同 根據(jù)對國內(nèi)外多個電站的運行穩(wěn)定性調(diào)查 水電站水輪機不穩(wěn)定運行可以歸納為以下 幾種表現(xiàn)形式 a 部分負荷區(qū)尾水管壓力脈動 萬家寨水電站n 1 的5 機在高水頭區(qū)運行時 在較寬的負荷范圍內(nèi) 尾水管的壓力脈 動均比較大 負荷小于5 0 m w 時尾水管壓力脈動雙幅值最大為1 3 2 2 m 2 機在負荷小于5 5 m 1 y 時尾水管壓力脈動雙幅值最大達6 0 6 m 均大大超出合同規(guī)定值 巖灘水電站n 模型水輪機尾水管壓力脈動最大幅值為1 0 4 8 但真機在高水頭 低負荷區(qū) 導葉開度a o 4 0 一 4 5 工況 尾水管壓力脈動幅值超過2 0 最大時達3 6 9 4 4 9 頻率為o 2 6 3 2 6 h z 豐滿水電廠1 2 臺機組由于經(jīng)常處于低負荷工況運行 在尾水管產(chǎn)生低頻空腔渦帶 在長期的空腔渦帶的作用下 有6 臺機組發(fā)生尾水管里襯脫落的事故 b 葉片裂紋 國內(nèi)的例子有巖灘 李家峽 小浪底 五強溪 二灘等大型水電站 國外的例子有埃 及的阿斯旺高壩 美國的大古力7 0 0 m w 機組 俄羅斯的布拉茨克等 在投運后水輪機轉(zhuǎn)輪 都不同程度地出現(xiàn)了裂紋 轉(zhuǎn)輪裂紋嚴重影響電站的安全運行和經(jīng)濟效益 引起人們的極 大關(guān)注 各水電站及研究機構(gòu)都在積極探索裂紋產(chǎn)生的原因 尋求根本的解決方法 大朝山 1l 水輪機轉(zhuǎn)輪在7 2 小時滿負荷試運行后檢查發(fā)現(xiàn) 葉片出水邊靠近下環(huán)處 有裂紋1 6 條 葉片出水邊靠近上冠處出現(xiàn)裂紋9 條 葉片出水邊中部裂紋5 條 通過分 西安理工大學工程碩士學位論文 析認為產(chǎn)生葉片裂紋的原因是卡門渦列與葉片發(fā)生共振所造成的 五強溪水電站2 0 0 0 年1 1 月對l 機組進行大修時發(fā)現(xiàn) 有7 塊葉片出現(xiàn)貫穿性裂紋 裂紋主要發(fā)生在葉片出水邊與上冠連接處的熱影響區(qū) 起始點位于葉片背面圓角處 裂紋 表面光滑 具有明顯的貝殼線 屬典型的疲勞裂紋 疲勞裂紋的延伸率較低 無明顯脆斷 痕跡 1 9 9 7 年7 月 劉家峽電廠璐12 機組水輪機轉(zhuǎn)輪上冠引水板不均勻開焊 進行全面滲 透探傷檢驗 發(fā)現(xiàn)在葉片與下環(huán)的連接焊縫 葉片與上冠的連接焊縫等1 3 處有不同程度 的裂紋產(chǎn)生 對其初步的探討分析認為 除了焊縫存在的內(nèi)應力 鑄造缺陷和焊縫缺陷的 影響外 還與機組存在尾水管渦帶和葉片自激振動有關(guān) 根據(jù)實際調(diào)查情況 裂紋多發(fā)生在以下區(qū)域 1 出水邊與上冠的連接區(qū)域 2 出水邊與下環(huán)的連接區(qū)域 3 對于分瓣加工的轉(zhuǎn)輪的分瓣面處 此外 個別機組的葉片裂紋發(fā)生在低應力部位 實測結(jié)果表明 葉片裂紋的起始位置最容易出現(xiàn)在四個部位 即葉片進水邊與上冠連 接處附近 葉片進水邊和下環(huán)連接處附近 葉片出水邊和上冠連接處附近 葉片出水邊和 下環(huán)連接處 c 機組及廠房結(jié)構(gòu)振動和噪音 小浪底電站機組投運初期 機組過程中大軸有明顯抖動現(xiàn)象 并伴隨著異常噪聲 以 后將導葉開啟速率由6 0 秒 0 1 0 0 行程 縮短至1 5 秒 起動開度增大到3 0 情況有 所好轉(zhuǎn) 異常噪聲消失 但抖動現(xiàn)象依然存在 機組帶負荷到某一定值后 相應流量約 2 2 0 2 3 0 m 3 s 各部件的振動和水輪機室內(nèi)的噪聲突然增大 其優(yōu)勢頻率約2 1 0 h z 機組 停機過程中也存在不正?，F(xiàn)象 當導葉全關(guān) 機組轉(zhuǎn)速減到6 0 2 0 過程中 水輪機發(fā)出 大約每轉(zhuǎn)一次的規(guī)律性異常噪聲 在3 機的測試中 發(fā)現(xiàn)伴隨噪聲的出現(xiàn) 葉片上有很 高的交變應力 巖灘水電站 機組運行水頭在6 2 m 以上 導葉開度6 8 7 2 的大負荷區(qū) 廠房v 1 7 4 m 發(fā)電機層樓板出現(xiàn)強振 在機組和廠房處都有明顯感覺 曾引起布置在該層的保護誤動 導致機組事故停機 危及電廠的安全運行 d 機組部件的損壞或脫落 水輪發(fā)電機組部分工況運行時 由于各種原因始機組存在不穩(wěn)定運行區(qū)域 長期在不 穩(wěn)定區(qū)域運行將會導致機組部件的損壞或者脫落 國內(nèi)部分電站就發(fā)生過止漏環(huán)損壞 尾 水管進人門損壞 尾水管錐管段裂縫 補氣裝置以及泄水錐脫落破壞等破壞現(xiàn)象 4 第一章緒論 e 過流部件的磨蝕破壞 在我國已投產(chǎn)的電站中 相當一部分電站 1 由于空蝕磨損破壞 導致機組效率下降 出力減小 振動加劇 不僅威脅水電站的安全運行 而且嚴重威脅電網(wǎng)的安全運行 從以上資料來看 水輪機的運行穩(wěn)定性問題比較復雜 在各個電站的表現(xiàn)形式也多種 多樣 根據(jù)對多個電站的調(diào)查結(jié)果 對于同樣的不穩(wěn)定現(xiàn)象 例如振動 噪音 葉片裂紋 其產(chǎn)生的機理對于不同的電站也各不相同 1 2 2 水輪發(fā)電機組運行穩(wěn)定性的影響因素 影響水輪發(fā)電機組運行穩(wěn)定性的因素很多 包括水輪機的參數(shù)選擇 各通流部件的匹 配關(guān)系 轉(zhuǎn)輪出口渦帶 葉片正背面脫流 葉道渦 特殊壓力脈動 空化 自激振動 機 械缺陷 電機缺陷等等 而這些影響因素在具體的各個電站引起的后果也不盡相同 t 2 1 4 a 參數(shù)選擇 混流式水輪機的運行穩(wěn)定性與運行工況 n l l q l l 或水頭h 出力p 制造質(zhì)量密 切相關(guān) 也和電站設計和水輪機參數(shù)選擇的正確與否 例如吸出高度h s 尾水管高度 機組尺寸 比轉(zhuǎn)速等密切相關(guān) 按一般概念 選型正確的水輪機 如果吸出高度的余量適 當大些 尾水管高度適當高些 轉(zhuǎn)輪尺寸較小些 比速系數(shù)較低些 對運行穩(wěn)定性比較有 利 根據(jù)對國內(nèi)外電站的運行情況分析 對于設計正確 制造質(zhì)量好的水輪機 對安全穩(wěn) 定運行起主導作用的因素是運行工況 對水頭變幅過大 運行負荷調(diào)節(jié)范圍不加安全限制 制造質(zhì)量不良的水輪機 振動 裂紋問題肯定較多 運行壽命也會縮短 b 尾水管壓力脈動 機組在偏離最優(yōu)工況運行時 由于水輪機轉(zhuǎn)輪出口處的旋轉(zhuǎn)水流以及脫流旋渦和氣蝕 等的影響 在尾水管內(nèi)常引起壓力的波動 尤其當水輪機處于低水頭與低負荷工況運行時 由于流量減小 單位轉(zhuǎn)速增加 致使轉(zhuǎn)輪出口產(chǎn)生正向旋轉(zhuǎn)的水流速度環(huán)量 在尾水管中 心一帶形成強制旋渦即尾水管渦帶 這樣就在尾水管內(nèi)形成了周期性的低頻壓力脈動 脈 動頻率 般為轉(zhuǎn)頻的幾分之一 當脈動頻率與機組自振頻率或廠房自振頻率接近時 就會 產(chǎn)生共振 引起機組或廠房的劇烈振動 尾水管渦帶作用在管壁上的動水荷載相當復雜 在特定的條件下會引起管壁的強烈振 動 輕則影響水輪發(fā)電機組的正常運行 重則導致管道的破壞 尾水管的鋼板里襯與一般 輸送流體的管道不同 盡管它的外部有可視為固定約束的支撐一混凝土外殼 在水流脈動 荷載的作用下 其運動和變形受到一定的限制 但仍會造成鋼板里襯的破壞 例如豐滿水 電站3 水輪機尾水管鋼板里襯造成撕裂性破壞 另一方面 由于它的特殊形狀 給從理 5 西安理工大學工程碩士學位論文 論上研究誘發(fā)振動的機理帶來了困難 另外 當出現(xiàn)尾水管渦帶后 水流就從不可壓縮變 為可壓縮 給流體計算帶來了許多麻煩 我國巖灘電站 五強溪電站 二灘電站 天生橋一級電站 魯布格電站等所有大型電 站都出現(xiàn)不同的振動問題 而且基本上是尾水管渦帶低頻壓力脈動造成的的振動問題 如 巖灘電站 五強溪電站轉(zhuǎn)輪葉片被振裂 劉家峽電站 青銅峽電站機組的振動區(qū)嚴重妨礙 了機組調(diào)節(jié)負荷的能力 加拿大電力協(xié)會對世界范圍的3 1 家與單機容量在2 0 m w 以上的混流式水輪機有關(guān)的制 造商和運行單位 就水輪機組在全部運行范圍內(nèi) 與尾水渦帶和壓力脈動有關(guān)的振動現(xiàn)象 機組出力擺動現(xiàn)象以及尾水管壓力脈動周期性特征等問題進行了調(diào)查 調(diào)查的主要成果表 明 1 尾水渦帶是大型水電機組普遍具有的周期性流動現(xiàn)象 它對大型機組所引起的 問題是多方面和嚴重的 主要表現(xiàn)在出力的擺動和壓力脈動幅值加大 尾水管發(fā)出巨響等 不穩(wěn)定現(xiàn)象 使機組運行嚴重不穩(wěn)定 并引起機組葉片裂紋 2 尾水渦帶所引起的問題不屬于因操作不當而引起的問題 而是大型機組在偏離 最優(yōu)工況運行時 特別是在部分負荷下所固有的特性 3 尾水渦帶表現(xiàn)出周期運動的特征 其周期性與機組的轉(zhuǎn)頻之間存在內(nèi)在聯(lián)系 具有代表性的尾水渦帶的頻率大致為機組頻率的1 3 6 4 因尾水渦帶所引起的最嚴重的不穩(wěn)定現(xiàn)象 一般在水輪機導葉開度的6 0 的部 分負荷范圍 5 彎曲尾水管比圓桶形尾水管受尾水渦帶的影響要大 對于尾水管渦帶的發(fā)生 由于理論解析和模型試驗的困難 難以準確的預測和解決 并且由于負荷的變化或其他運行條件的變化 振動特性也會產(chǎn)生變化 當現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)此種問 題時 一般采用加裝補氣管向低壓區(qū)域補氣 包括自然補氣和壓縮機強迫補氣 一般情況 下補氣是有效果的 當補氣不能夠解決問題時還可以對尾水管改進設計 加長尾水管錐管 或加大錐管段擴散角 加長轉(zhuǎn)輪泄水錐 用三角架加長轉(zhuǎn)輪的泄水錐 加同軸錐管 加十 字架補氣 用三角架加設固定柱體 在尾水管錐管壁上設穩(wěn)流翼片 5 卜n c 卡門渦 當流體流過一圓柱體或翼型 包括一般不良繞流體 時 雷諾數(shù)大于4 0 時 在物體 尾部會產(chǎn)生一系列規(guī)則的 交叉排列的 方向不同的漩渦列 這些交替的從物體尾部脫流 出來的渦稱為卡門渦 在水輪機行中 導葉和轉(zhuǎn)輪葉片在具有鈍尾時 就會出現(xiàn)卡門渦 當卡門渦的頻率與某些過流部件的固有頻率接近時 會引起過流部件的共振 此外 卡門 渦會產(chǎn)生作用在葉片尾部的交變力 致使葉片與上冠 下環(huán) 或固定導葉與座環(huán)上下環(huán)之 6 第一章緒論 間 之間的聯(lián)接焊縫產(chǎn)生疲勞裂紋 卡門渦的產(chǎn)生與否 與水流中物體的形狀有關(guān) 其頻率受水流流速的影響 當流速達 到某一值 共振條件成立時 就會產(chǎn)生強烈的振動 對機組的穩(wěn)定運行造成極大的威脅 卡門渦直接施加給繞流體上的力并不大 只有當激發(fā)起繞流物體共振時才會被發(fā)現(xiàn) 如早期的黃壇口 洪門電站的轉(zhuǎn)輪葉片裂紋就是卡門渦引起的 大朝山電站轉(zhuǎn)輪葉片出口 的卡門渦帶與葉片某些階次的固有頻率發(fā)生耦合造成共振 引起巨大的動應力 使葉片在 短時間內(nèi)嚴重破壞 d 葉片正背面脫流和葉道渦 水輪機在最優(yōu)工況固定導葉 活動導葉和轉(zhuǎn)輪達到無撞擊匹配 由于調(diào)節(jié)功率 在偏 離最優(yōu)工況時 活動導葉和轉(zhuǎn)輪進口沖角發(fā)生變化 當沖角超過一定值時 根據(jù)水流特點 自然會產(chǎn)生脫流 但是如果設計合理可以延遲脫流產(chǎn)生 根據(jù)試驗結(jié)果 葉片背面脫流出 現(xiàn)在高水頭 小負荷區(qū)域 正面脫流出現(xiàn)在低水頭 大負荷區(qū)域 例如古里i 電站7 1 0 水輪機是正面脫流造成的振動原因 背面脫流一般情況都出現(xiàn)在運行區(qū)域之外 背面 脫流如果選型好 不會出現(xiàn)在運行區(qū)域 所以應重點關(guān)注背面脫流 例如背面脫流是巖灘 電站振動的主要原因之一 由于葉道渦增加了轉(zhuǎn)輪流動內(nèi)部的動載荷 容易造成葉片裂紋 從同一導葉高度的試 驗結(jié)果看 葉道渦出現(xiàn)的部位都不同 說明與設計參數(shù)有關(guān) 但機理不清 如巴基斯坦塔 貝拉1 1 一1 6 水輪機葉道渦 是引起機組振動的原因之一 葉片應力分布不均勻是造成 裂紋的主要原因 常規(guī)葉片最大應力出現(xiàn)在葉片出水邊與上冠相交處 如果改變設計理念 可以使葉片應力分布均勻 e 自激振動 多數(shù)是由于轉(zhuǎn)輪迷宮環(huán)泄漏或項蓋上的減壓板裝置所引起 與機組的其它缺陷密切相 關(guān) 此時的自振頻率等于振動體的固有頻率 此問題與泄漏流動有關(guān) 例如豐滿電站2 6 機和漁子溪等電站出現(xiàn)過此類自激振動 f 制造質(zhì)量 制造質(zhì)量指的是設計 水力設計 結(jié)構(gòu)型式 剛強度 毛胚件 鑄件 模壓件 制 造工藝 焊接 機加工 的全面質(zhì)量 由于部件制造質(zhì)量不良 可能使機組運行振動擺度大 噪聲異常超標 葉片出現(xiàn)裂紋 有的甚至會出現(xiàn)剛投運不久就不得不停機檢修處理的現(xiàn)象 g 電機缺陷 按照振動頻率 水輪發(fā)電機組的電磁振動可分為兩類 一類是轉(zhuǎn)頻振動 它是由轉(zhuǎn)子 不圓 轉(zhuǎn)子幾何中心與旋轉(zhuǎn)中心不一致 轉(zhuǎn)子有匝間短路 轉(zhuǎn)子動靜不平衡等原因產(chǎn)生的 7 西安理工大學工程碩士學位論文 另一類是極頻振動 主要是l o o h z 的振動 它是由定子不圓 機座合縫不好 硅鋼片壓合 不緊 負序電流引起的反轉(zhuǎn)磁勢等原因產(chǎn)生的 1 電磁拉力不平衡 發(fā)電機轉(zhuǎn)子磁極形狀的變異或項轉(zhuǎn)子不同心等 會使磁場引力不均勻 引起振動 機 組空轉(zhuǎn)不投入勵磁時沒有這種現(xiàn)象 可以通過空轉(zhuǎn)和空載試驗測試出是否存在電磁拉力不 平衡和力不平衡的方位 2 定子鐵芯松動 對于大型機組一般定子采用分瓣結(jié)構(gòu) 現(xiàn)場拼裝 合縫處出現(xiàn)間隙 或者機組運行多 年后定子鐵芯的絕緣老化收縮也引起松動 引起機組振動 貴州烏江渡電廠1 號機組在空 載升壓過程中 定子鐵芯發(fā)生強烈共振和噪聲 并網(wǎng)后帶負荷振動消失 分析發(fā)現(xiàn)由于鐵 芯由四瓣組成 由于其它原因定子絕緣紙墊軟化干縮 使得定子組合縫間隙加大 在大修 時采用新工藝縫合 試驗結(jié)果表明定子鐵芯振動大大降低n 3 枷 3 定子繞組固定結(jié)構(gòu)損壞 定子繞組槽部和端部固定結(jié)構(gòu)松動常導致繞組振動 支架剛度不夠 繞組中電流變化 產(chǎn)生漏磁通引起發(fā)熱使綁線燒斷 槽楔緊度不足 線棒與槽壁間間隙過大 振動引起主絕 緣故障 h 機械原因 水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動部件和支持部件的結(jié)構(gòu)都是軸對稱的 以保證機組轉(zhuǎn)動時的穩(wěn)定 性 當機組轉(zhuǎn)動部件和支持部件由于某種原因存在缺陷 都會影響到轉(zhuǎn)動部件的平衡狀況 引起機組轉(zhuǎn)動部件上存在有轉(zhuǎn)速頻率的不對稱徑向力作用而產(chǎn)生振動 主要包括以下幾方 面淵一m 1 主軸彎曲 2 推力軸承調(diào)整不當 3 導軸承間隙調(diào)整不當 4 推力軸承鏡板波浪度 5 連接法蘭固定不良 6 軸系不對中 7 轉(zhuǎn)動系統(tǒng)存在動 靜不平衡 8 軸承系統(tǒng)剛度不夠 9 轉(zhuǎn)動部分與固定部分接觸碰撞 水輪發(fā)電機組由于機械原因引起的機械振動主要有以下特點 1 轉(zhuǎn)子的弓狀回旋和振動 8 第一章緒論 當轉(zhuǎn)動部分質(zhì)量不平衡時 由于離心力作用 使轉(zhuǎn)動部分產(chǎn)生 弓狀回旋 如圖 1 1 中所示 當轉(zhuǎn)速很小時 撓度y 也很小 隨著轉(zhuǎn)速升高 y 也增大 當轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)動部 分臨界轉(zhuǎn)速相近時 撓度劇烈增加 形成共振現(xiàn)象 而轉(zhuǎn)速超過臨界轉(zhuǎn)速很多時 撓度值 明顯減小 為了避免出現(xiàn)危險的共振現(xiàn)象 一般大 中型機組轉(zhuǎn)動部分的臨界轉(zhuǎn)速設計值 都大于該機組1 2 0 的飛逸轉(zhuǎn)速值 某些高速小型機組 其額定轉(zhuǎn)速本身就比較高 可能 超過轉(zhuǎn)動部件的臨界轉(zhuǎn)速 這些機組在開停機操作時 應盡快升速 減速 避開機組在共 振區(qū)停留時間長 i 圖1 1 轉(zhuǎn)子弓狀回旋 f i g 1 1r o t o ra r c u a t eg y r a t i o n 2 機組轉(zhuǎn)子的振擺 轉(zhuǎn)子的振擺表現(xiàn)為大軸擺度增大 軸向支承垂直 振動增大 轉(zhuǎn)子振擺的主要原因是 轉(zhuǎn)子的總軸向力 轉(zhuǎn)動部分重力和軸向水推力 的重心沒有通過推力軸承的中心 使推力 軸承支柱因受力不均產(chǎn)生不均衡的軸向變形 在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時 總軸向力也跟著旋轉(zhuǎn) 各軸 承支柱壓縮變形跟著變化 鏡板摩擦面產(chǎn)生晃動 承重機架垂直振動增大 大軸擺度增大 振擺的頻率與機組轉(zhuǎn)頻相同 在盤車時大軸中心找不正確 軸線有折彎時 導軸承中心與 機組不同心 當機組工況偏離最優(yōu)工況產(chǎn)生脈動水推力時 轉(zhuǎn)子振擺更為嚴重 3 轉(zhuǎn)子抖動 在機組運行中 因軸承間隙過大或過小而潤滑不足時 會發(fā)生干摩擦而使大軸產(chǎn)生抖 動現(xiàn)象 4 轉(zhuǎn)軸振動與支座振動的關(guān)系 當機組軸系和支承系統(tǒng)的剛度不夠時 軸瓦變形過大時也會產(chǎn)生振動 在轉(zhuǎn)動軸承上 存在旋轉(zhuǎn)橫向力和脈動軸向力 將引起軸承在相應方向的振動 并把這些力傳遞到基礎建 筑物上 使基礎建筑物受到交變力或脈動力的影響 轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)部分引起的振動就屬于機械原因 圖1 2 是混流式水輪機密封裝置 機組主軸在安裝時可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)輪與轉(zhuǎn)輪室不在同一 o 西安理工大學工程碩士學位論文 軸線上 或者迷宮止漏的零部件加工安裝不精確 都會使運行中出現(xiàn)迷宮間隙不均勻 另 外軸承間隙不當 機組剛度差 都可能產(chǎn)生上 下迷宮疏齒間隙偏斜 水輪機迷宮止漏環(huán) 徑向間隙的不均勻?qū)a(chǎn)生測向力 引起機組轉(zhuǎn)動部分的振動 這種振動的頻率如果與機組 或軸系零部件固有頻率重合時 就會產(chǎn)生共振而激發(fā)出超過正常側(cè)向力3 5 倍的水動力 這種由旋轉(zhuǎn)著的不對稱的密封間隙中的水動力所激發(fā)的能量 可能引起軸的弓狀回旋 也 可能導致整個機組的劇烈振動失穩(wěn) 甚至被迫停機 圖卜2 混流式水輪機密封裝置 f i g 1 2s e a ld e v i c eo ff r a n c i sh y d r o t u r b i n e a 導葉后 b 一外迷宮 c 一下壓力腔 d 一下梳齒 鹽鍋峽水電站機組發(fā)生水導 上導擺度增大和水導軸承燒瓦事故 由于軸承結(jié)構(gòu)的剛 度和加工安裝精度不夠 機械變形大 瓦塊偏心值偏小 軸承鏡板不平度過大 晌洪甸水電廠機組振動 并且潤滑油變黑 鏡板連接螺釘松動 斷裂等現(xiàn)象 檢修發(fā) 現(xiàn)墊板嚴重腐蝕 鏡板與推力頭結(jié)合面不平 最后決定取消還氧玻璃布墊板 消除鏡板波 浪度 利用軸承座下的絕緣墊防止軸電流燒瓦 石泉水電廠l 號機組從1 9 7 2 年投產(chǎn)以來一直存在故障呦 棚 振動較大 經(jīng)穩(wěn)定性試 驗分析發(fā)現(xiàn)機組推力軸承的推力頭松動 推力頭與主軸間有0 0 8 m m 的間隙 運行中機組 擺動不穩(wěn)定 1 3 水輪發(fā)電機組振動和穩(wěn)定性問題的研究現(xiàn)狀 目前 對水輪發(fā)電機組振動和穩(wěn)定性問題的研究主要集中在模型試驗 理論分析 數(shù) 值計算 電站真機試驗等四個方面進行 在模型實驗方面 國內(nèi)外許多學者對不同比轉(zhuǎn)速的模型水輪機轉(zhuǎn)輪 不同尾水管形狀 下的水壓力脈動進行了測量 同時還利用先進的光導纖維窺鏡觀察了水輪機出口及尾水管 中空泡狀螺旋渦帶的發(fā)生 發(fā)展情況 還有學者利用導葉代替轉(zhuǎn)輪給水流施加旋轉(zhuǎn) 對尾 水管內(nèi)部流動 螺旋渦帶引起的水壓脈動進行了研究 理論方面 在總結(jié)模型試驗成果的基礎上 對尾水管螺旋渦帶引起的壓力脈動提出了 不同的理論解析模型 其中有的模型與試驗結(jié)果相差較大 有的缺乏實際應用價值 很難 推廣應用到實際機組的振動預測中 因此 水輪機特別是尾水管水壓脈動的發(fā)生機理還有 o 第一章緒論 待研究 這方面的理論研究還比較缺乏也不夠深入 中國水科院伽 于2 0 世紀8 0 年代編譯的 對國外一些主要 國家2 0 世紀7 0 年代關(guān)于尾水管渦帶運動 轉(zhuǎn)輪迷宮環(huán)止漏裝置壓力脈動 卡門渦以及葉 片進口邊脫流等水力因素引起的水輪機振動 噪聲及其防治措施的研究成果進行了介紹 這些研究表明 水輪機引水部件和轉(zhuǎn)輪流道中的旋渦運動以及尾水管中的空腔渦帶的周期 性運動所產(chǎn)生的壓力脈動是水力振動的最主要原因 王珂崳n 教授編寫的 水力機組振動 一書介紹了國內(nèi)2 0 世紀8 0 年代前建設的電 站的一些具有代表性的振動現(xiàn)象及其改善措施 如黃壇口電站的卡門渦列所形成的葉片共 振 如綠水河 漁子溪高水頭電站水輪機的迷宮自激振動 劉家峽電站尾水管內(nèi)渦帶振動 古田溪電站過渡過程振動等等 同時也介紹了國外一些電站的典型振動 并對這些振動特 性進行了理論的分析和總結(jié) 近十年來隨著我國一些大型水電站的投產(chǎn) 并相繼都出現(xiàn)了不同程度的機組振動問 題 水力機組振動和穩(wěn)定性問題逐步引起了國內(nèi)外水力機械生產(chǎn)廠家 電站業(yè)主和水力機 械研究人員的重視 2 0 世紀9 0 年代之后 國內(nèi)外對水輪機振動和穩(wěn)定性問題的研究主要集中在機組的水 力穩(wěn)定性研究和消除振動措施研究方面 李啟章 2 1 對三峽機組振動穩(wěn)定性問題提出預防措施 吳培豪陽1 分析了三峽機組穩(wěn)定 性問題 張大本和李吉川嘲1 研究了混流式水輪機尾水管渦帶引起的水力振動問題 韋彩 新 3 釘?shù)热藢λ啓C轉(zhuǎn)輪不同泄水錐的特性進行了研究 于紀幸洶1 等和陳銳等分別對轉(zhuǎn)輪 出口水壓脈動進行了試驗研究 吳鋼等d 7 1 對尾水管進口流場與水壓力脈動的關(guān)系進行了 探討 石祥鐘等瑚1 用近似的方法分析了混流水輪機尾水管壓力脈動 j a c o b 和p r e n a t d 9 1 通過對不同運行工況下尾水管內(nèi)部渦帶形態(tài)的觀察和壓力脈動測 量 總結(jié)水輪機運行工況與尾水管壓力脈動的關(guān)系 他們將水輪機的運行工況分為5 種典 型的類型 極小流量區(qū) 部分負荷區(qū) 較高部分負荷區(qū) 最優(yōu)工況區(qū)和滿負荷區(qū) 其中部 分負荷區(qū)的壓力脈動幅值最大 與此類似 我國部分專家也將尾水管渦帶形狀與壓力脈動 特征聯(lián)系起來 并在轉(zhuǎn)輪的綜合運行特性曲線上表示出來 這對電站的穩(wěn)定運行是極有價 值的 w a n gxm 和n i s h i 等人m 1 通過渦運動理論采用兩維面渦或三維渦絲模型模擬尾水 管內(nèi)部分負荷時的渦帶運動 這種方法的運用在一定程度上受到 普適性 的挑戰(zhàn) 因為 渦帶的形狀和特點隨工況 幾何參數(shù)的不同而不同 不同情況下面渦和渦絲的數(shù)學模型的 建立一方面需要大量實測數(shù)據(jù) 另一方面難以采用統(tǒng)一的數(shù)學描述 同時 渦帶的形成和 流道內(nèi)速度場之間應該存在密切聯(lián)系 獨立建立渦帶的數(shù)學模型可能存在一定的局限性 由于水力機組內(nèi)部流動的復雜性 到目前為止 對于水力機組發(fā)生振動的主要原因 西安理工大學工程碩士學位論文 國內(nèi)外尚無完善的理論解釋 特別是不同工況下 對引起機組發(fā)生振動的主要激振力的研 究 尚無定論 由于缺乏相應的理論基礎 對與水力機組的振動和穩(wěn)定性問題 國內(nèi)外尚 無完善的預測方法和評價標準 因此 水力發(fā)電機組的振動和水力穩(wěn)定性預測問題已成為 目前的前沿課題 1 4 本文主要研究目的及內(nèi)容 本文對石泉水電廠2 號機組運行以來出現(xiàn)的各種問題進行分析 對機組進行穩(wěn)定性試 驗 針對運行情況和試驗結(jié)果提出相應的整改措施 本文包括以下幾方面的內(nèi)容 1 對水輪發(fā)電機組的振動測試方法進行分析 針對石泉水電廠2 號機組的振動情 況 研究測試點的布置 傳感器的選擇 以及機組振動信號的分析方法 制定科學合理的 試驗方案 2 根據(jù)石泉電廠的實際問題 對2 號機組進行包括空載試驗 變轉(zhuǎn)速試驗 變勵 磁試驗 變負荷試驗和噪聲測試等在內(nèi)的現(xiàn)場穩(wěn)定性試驗 分析引起機組振動的主要原因 3 根據(jù)穩(wěn)定性試驗結(jié)果 針對石泉水電廠2 號機組存在的問題提出了建議的處理 措施 通過現(xiàn)場測試驗證處理措施的實際效果 1 2 第二章水輪發(fā)電機組振動測試與分析方法 2 水輪發(fā)電機組振動測試與分析方法 水輪發(fā)電機組在運行中存在著不同程度的振動 要評價振動的大小和原因 除評借觀 察和感受外 主要靠專門的儀器進行測試和分析 從而獲得振源和動力反應特性 m 捌 2 1 水輪發(fā)電機組振動源的測試 機組在運行中 由于外荷載的激擾 將產(chǎn)生軸系統(tǒng)振動 支承部位振動或部件振動 其外荷載是由機械 電氣和水力等因素引起的 可以通過轉(zhuǎn)速變化 勵磁電流變化 負荷 變化等有針對性地識別振源 2 1 1 變轉(zhuǎn)速測試 轉(zhuǎn)速變化測試在機組不帶負荷和不給勵磁電流的情況下進行 只改變機組轉(zhuǎn)速 一般 情況下 令機組轉(zhuǎn)速在 5 0 1 0 0 額定轉(zhuǎn)速的范圍內(nèi)變化 測試導軸承 機架的振 幅a 和頻率廠隨轉(zhuǎn)速 z 值的變化關(guān)系 繪制雙倍振幅彳可m 和頻率俐的關(guān)系曲線 根 據(jù)測試結(jié)果 1 如果振幅一直很大 幅值和轉(zhuǎn)速的關(guān)系不密切 振動頻率與轉(zhuǎn)速是一致的或與 轉(zhuǎn)速成以倍數(shù)關(guān)系 其振源是由機械因素引起的 如 大軸不直 轉(zhuǎn)動部件和固定部件之 間的偏磨 推力軸瓦調(diào)整不當?shù)?2 若振幅和轉(zhuǎn)速成正比 且頻率 廠 n 6 0 h z 則是由于轉(zhuǎn)子重量動不平衡引起的 轉(zhuǎn)子重量動不平衡所產(chǎn)生離心力 不僅使機組軸系統(tǒng)產(chǎn)生擺動 而且引起支撐結(jié)構(gòu)的振動 2 1 2 勵磁電流變化測試 機組不帶負荷 在額定轉(zhuǎn)速下運行 變化的轉(zhuǎn)子磁極的勵磁電流 繪制測試部位振幅 和勵磁電流的關(guān)系曲線a 可陽 若振幅隨勵磁電流的增大而加大 則不均衡磁拉力是機組 振動的主要原因 此時可能是以下原因 1 定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外圓的間隙是否均勻 2 磁極線圈是否有匝問短路 3 磁極和磁軛間是否出現(xiàn)氣隙等 2 1 3 變負荷試驗及調(diào)相試驗 在額定轉(zhuǎn)速下改變機組負荷p 繪出測量部位振幅和機組負荷關(guān)系a 廠伊 和接力 器行程和振幅關(guān)系彳 廠以土測試可能有以下情況 1 若振幅a 是隨機組負荷或者接力器行程的增減而加大或者減小 且水導處幅值 的變化比上導處幅值的變化敏感 而當機組作為調(diào)相機運行時 由于水輪機轉(zhuǎn)輪已不在水 中運行 機組的振動大為降低 這種振動由水輪機轉(zhuǎn)輪水力不平衡引起 包括三種情況 西安理工大學工程碩士學位論文 a 轉(zhuǎn)輪葉柵存在水力不平衡力 b 導葉間隙和形狀存在差異而形成水力不平衡力 c 轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動有偏心 或轉(zhuǎn)輪上冠和下環(huán)有缺陷使水封間隙不等 而產(chǎn)生周期性的不 平衡力 2 若只在4 0 7 0 負荷區(qū)域振動較大 其它負荷工況的振動明顯減小 且振動頻 率廠 旦正 三 舷 則振源是由尾水管內(nèi)低頻渦帶脈動引起的 6 0 53 2 2 測試點的選擇 在水輪發(fā)電機組振動測試中測試點的選擇與布置是獲取機組運行狀態(tài)信號的重要環(huán) 節(jié) 其選擇和布置是否合理將直接影響信號采集的真實性以及數(shù)據(jù)分析和故障診斷的可信 度 一般來講 測點的選擇和布置取決于機組的設計運行性能 設備的結(jié)點和機組的運行 規(guī)律 在選擇和配置測點時 應該對測點進行優(yōu)化 這是測點選擇和布置的基本原則 測點的選擇和布置要符合水電機組運行的四個特性 即水力特性 機械特性 設備結(jié) 構(gòu)特點及電氣特性 水輪發(fā)電機組的水力穩(wěn)定性對機組的安全運行影響很大 這是水輪發(fā) 電機組的固有特性 水輪機及其過流部件的蝸殼 頂蓋 壓力鋼管 導水葉含固定 活動 導水葉及尾水管存在較大的壓力和壓力脈動 不同的部位其壓力和壓力脈動的值不同 由 于測試的硬件條件有限 在進行測點的選擇和布置時 一般應根據(jù)機組實際情況 選擇水 輪機及其過流條件的最大壓力脈動處作為測試點 根據(jù)旋轉(zhuǎn)機械特性 水輪發(fā)電機組屬于低轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)機械設備 在測試點布置時應考慮 機組的低速旋轉(zhuǎn)特點 同時考慮機組的水力和電氣特性 合理準確地選擇機組振動 擺度 和間隙的測點位置 根據(jù)發(fā)電機電氣特性 電氣干擾將影響水輪發(fā)電機組的穩(wěn)定運行是監(jiān) 測診斷的重要參數(shù) 因此在進行測試點的選擇與布置時 應充分考慮發(fā)電機的電氣特性傳 感器的選擇和配置 傳感器的可靠 準確與否將直接影響到整個試驗測試的正確與否 2 3 傳感器的選擇 傳感器的可靠 準確與否將直接影響到整個