水轮发电机组振动
分析
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事例
水轮发电机组的振动不仅是机组设计和制造厂家的重要课
题
快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题
,也是运行维护部门所需研究和解决的关键问题。特别是随着现代试验技术和训算机技术的高速发展,在日常运行中在线监测机组振动,借助智能化决策专家系统,可以及早发现水轮发电机组存在的异常状态,防止振动引起的二次性事故,采取科学有效的对策加以解决。
机组振动主要振源在于水力、机械和电气等多方面因素交织在一起的复杂个稳定状态,必须在出现振动现象时进行全面调查,应用各种故障诊断方法加以判断和分析,准确确定振源,从而采取相应措施。
水电机组的振动机理卜分复杂,水力、机械和电气等多方面因素相互作用,作动介质包括流体、电磁场、油膜或密封液体膜以及固体结构,机组系统是耦合的庞大体系,许多作用可能是非线性的,因此,任何建立准确理论方法和数值模型的努力都只能是近似的和有限的。所以,通过大量机组振动发生实例的分析和学习,以及各种解决振动措施的尝试与实践,使我们有可能积累丰富的资料和经验,—方面为理论分析和数值模拟提供基础,另一方面也为振动的诊断和治理提供强大的知识帮助。实践证明,从实际中学习是最直接、最有效的途径。
例如,日本机械工程学会成立了振动工学研究会(简称V-Basc研究会),由设计、制造、运行管理及大学等各方学者专家参与,目的是积累机械振动方面的经验数据,建立数据库,提高设计水平和诊断技术。到1998年止,已收集了约500件振动实例,以统—格式形成数据库,包括机械对象、发生现象、原因推定、解析与数据分析、对策与结果、教训、参考文献和关键词等内容。在约500个实例中,属转子动力学的有122件,其中水力机械(水轮机、水泵)为34件,强迫振动20件,自激振动14件。大部分振动属于共振和过激强迫振动,因此,应该更注重于固有振动频率、流体激振力和系统衰减系数等的预测研究。
1 振动原因及对策
早在20世纪80年代,对振动问题就有过全面的调查和分析[1,2]。如日本电气学会水力发电调查专门委员会对1925年以来投运的立式水轮发电机组进行了振动调查,结果发现约有10%的机组发生过振动。振源上分析,绝大多数在转轮和主轴系统。加剧振动的原因约有60%是“旋转体的不平衡”和“水压脉动”。
1 水力振动
(1)尾水管涡流诱发振动
在混流式和转桨式水轮机中,从转轮流出的水流,在正常运行状态下(设汁工况)应为轴向流动。然而,在低负荷丁况,水流以与转动同方向的分速运动;在超负荷工况,转轮出流有与转动反方向的分速。因此,在尾水管中心范围将产生涡流,造成压力下降,产生空腔。特别是在部分负荷时,涡旋中心如龙卷风状
在尾水管内激烈旋转,形成螺旋状涡带。涡带摆动不仅可能造成水轮机或机组振动,也可能引起与钢管间耦合共振形式的引水系统振动,以及厂房振动。这种振动有时还会诱发电网的功率摆动(出力波动)。关于尾水管压力脉动的机理和解析,参考文献[73]有较细致的介绍。
尾水管涡带可以通过在尾水管进入孔附近出现的“扎、扎”声响以及尾水管压力脉动测量加以判别。
防止尾水管涡带的发生,在设计阶段应该予以充分研究,但由于理论解析和模型试验的困难,难以确切预测和解决。而且巾于负荷的变化或其他运行条件的变化,振动特性也会变化。尾水管涡带是最易出现的振源之一。当现场发生此种问题时,一般多采取加装补气管向低压区补气,补气可以采用自然补气或压缩机强迫补气。补气一般被证明是有效的。
另外,各种结构措施也常被采用,这往往是在补气不能有效解决故障时。这些措施包括:尾水管设计改进——加长锥管段或加大锥管段扩散角,加长转轮泄水锥,用三角架加长长转轮的泄水锥,加同轴锥管,加十字架补气,用三角架加设固定柱体,在尾水管锥管壁上设稳流翼片等。具体措施的选择要根据实际情况,必要时通过模型试验或现场检验加以确定。
(2)空化诱发振动
当水轮机发生空化并在转轮过流表面产生空蚀时,往往伴随产生振动和噪声,这种现象在机组部分负荷丁况最为明显,经常出现“啪啦”和“瞠、瞠”的声响。
解决措施有补气、修正转轮叶型等。
空化现象有时也发生在导水叶上。
(3)卡门涡流振动
所谓卡门涡流,即为将圆柱或平板置于流动的水体中时,在其负压侧产生的一种较有规则涡旋,是尾部脱流所产生的涡流。出现卡门涡流时,物体与水流垂直方向作用有侧向力。当输电线遇横向强风袭击时,卡门涡流也会造成振动。
卡门涡流的频率与转轮叶片或导水叶等结构的固有振动频率接近时,会发生强烈振动,伴随有噪音,卡门涡频率与叶片厚度和流速有关,因此仅在——定负荷条件下才发生。
治理对策为:在不改变过流条件前提下,将叶片出水边厚度减薄,提高卡门涡频率以避开共振区;或在叶片间加装支承件,以提高叶片自身的固有频率。
(4)转轮叶片数与导叶数的组合参数振动
当转轮叶片数与导水叶片数配合不当时,会因水流在蜗壳与转轮室间流道内的相互干涉,而产生参数共振。转轮叶片每经过一个导水叶问进流时,均会造成细微的周期性压力
宝珠寺电厂2号机组1997年6月底投运,曾多次发生了机组振动、摆度增大故障,此故障属主要是上机架偏心和发电机转子上、下止口不同心所致。2号机组按上述方法处理后运行一年多来基本稳定。