水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因分析

1、解決方案示范文本 | Excellent Model Text 資料編碼：CYKJ-FW-838編號(hào)：_水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因分析審核：_時(shí)間：_單位：_水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因分析用戶指南：該解決方案資料適用于為完成某項(xiàng)目而進(jìn)行的活動(dòng)或努力工作過程的方案制定，通過完善工作思路，在正常運(yùn)行中起到指導(dǎo)作用，包括確定問題目標(biāo)和影響范圍、分析問題并提出解決方案和建議、成本計(jì)劃和可行性分析、實(shí)施和跟進(jìn)?？赏ㄟ^修改使用，也可以直接沿用本模板進(jìn)行快速編輯。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)器本身轉(zhuǎn)動(dòng)或固定部分引起的振動(dòng)外,尚需考慮發(fā)電機(jī)的電磁力以及作用于水輪機(jī)過流部分的流動(dòng)壓力對系統(tǒng)及

2、其部件振動(dòng)的影響。在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下,流體機(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)動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)出現(xiàn)某些變化后,又會(huì)對水輪機(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?？梢?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、電氣三方面的因素來研究,為水電廠生產(chǎn)管理、運(yùn)行、檢修人員提供參考意見,以便制定出相應(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

3、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)對機(jī)組安全是不利的,會(huì)造成如下危害:)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;)引起零部件或焊縫的疲勞、形成并擴(kuò)大裂縫甚至斷裂;)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。下面簡單介紹幾起天橋水電廠機(jī)組振動(dòng)引起的事故,以便從中了解機(jī)組振動(dòng)的起因。)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。年8月3號(hào)機(jī)由于上導(dǎo)軸承擺度大導(dǎo)

4、致4個(gè)上導(dǎo)瓦背墊塊斷裂;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只中的5只被剪斷,1只定位銷剪斷、瓦架變形。上機(jī)架振幅達(dá)022,水導(dǎo)軸承處振幅達(dá)020。水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)大軸法蘭聯(lián)接處擺度為074,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。)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8087)以下約有232普通鋼板沿環(huán)向脫落。其主要原因是由于葉片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。)20xx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

5、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。)20xx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)生環(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)的原因主要是由于機(jī)械、水力、電氣三方面的原因引起的,其它如調(diào)速系統(tǒng)失調(diào)、振蕩的因素也有,但不甚嚴(yán)重也不常發(fā)生。2水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)原因分析a(1)水力因素振動(dòng)的水力因素系指振動(dòng)中的干擾力來自水輪機(jī)水力部分的動(dòng)水壓力。其特征是帶有隨機(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

6、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。(2)水力不平衡具有位能和動(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)行時(shí)振動(dòng)強(qiáng)烈。(3)尾水管低頻水壓脈動(dòng)水輪機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下運(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影響,在尾水

7、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,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,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)。(4)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)水流中產(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)生時(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。(5)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

8、、有規(guī)則交錯(cuò)排列的線渦,進(jìn)而互相干擾、互相吸引,形成非線型的渦列、俗稱卡門渦列。當(dāng)卡門渦列的沖擊頻率接近于轉(zhuǎn)動(dòng)體葉片的固有頻率時(shí),將產(chǎn)生共振,并拌有較強(qiáng)的且頻率比較單一的噪聲和金屬共鳴聲。(6)間隙射流在軸流式水輪機(jī)中,葉片和轉(zhuǎn)輪室間隙處由于正背面壓差的存在,會(huì)形成一股射流,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(shí)壓力升高和降低,形成周期性的壓力脈動(dòng)。這種壓力脈動(dòng)會(huì)引起轉(zhuǎn)輪室振動(dòng),b(1)機(jī)械因素振動(dòng)的機(jī)械因素系指振動(dòng)中的干擾力來自機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其它力。其特征是振動(dòng)頻率等于機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或整倍數(shù)的機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。引起振動(dòng)的機(jī)械因素主要有:轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡;機(jī)組軸

9、線不正;導(dǎo)軸承缺陷等。b(2)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡,轉(zhuǎn)子重心對軸心1,產(chǎn)生一個(gè)偏心距。當(dāng)軸以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí),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1獲得撓度,1繞作圓周軸運(yùn)動(dòng),回轉(zhuǎn)半徑就是振幅,這種振動(dòng)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=(),升高,增大;反之下降,減小。b(3)機(jī)組軸線不正在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最理想的是機(jī)組中心、旋轉(zhuǎn)中心及軸線三者重合,最不理想的是機(jī)組中心、旋轉(zhuǎn)中心與軸線不重合的狀態(tài)。介于二者之間的是旋轉(zhuǎn)中心與機(jī)組中心重合,機(jī)組軸線不正的主要表現(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,

10、使機(jī)組轉(zhuǎn)子的總軸向力不通過推力軸承中心,就產(chǎn)生一個(gè)偏心力矩。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),偏心力矩也同時(shí)旋轉(zhuǎn),使各支柱螺栓的受力是脈動(dòng)力,其脈動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速頻率相同,從而產(chǎn)生推力軸承各支柱螺栓的軸向振動(dòng),轉(zhuǎn)子也就隨之產(chǎn)生振擺。軸線不正,也是引起徑向振動(dòng)的原因之上。b(4)軸承缺陷當(dāng)導(dǎo)軸松動(dòng),或間隙過大潤滑又不良,或軸承與固定止漏環(huán)不同心等都會(huì)發(fā)生干摩擦,引起機(jī)組的橫向振動(dòng)。c(1)電磁因素振動(dòng)的電磁因素系指振動(dòng)中的干擾力來自發(fā)電機(jī)電氣部分的電磁力。其特征是振動(dòng)隨勵(lì)磁電流的增大而增大。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。c(2)轉(zhuǎn)子繞組短路當(dāng)一個(gè)磁極因短路而引起磁動(dòng)勢減小時(shí),和它相對應(yīng)的那個(gè)磁極的磁動(dòng)勢并沒有變,因而出現(xiàn)一個(gè)跟轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的輻向不平衡磁拉力,引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)。這種振動(dòng)的大小取決于失去作用的線圈匝數(shù)。其振動(dòng)的振幅與勵(lì)磁電流有關(guān),用公式