水輪發(fā)電機組問題的識別

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本文作者：韓東龍、宋利利、王里、張恩 單位：重慶云河水電股份有限公司

隨著時代的發(fā)展與社會的進步，水輪發(fā)電機組在我國電力事業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用變得越來越廣泛，它在提升電力工程發(fā)電質(zhì)量、促進社會經(jīng)濟發(fā)展等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的促進作用。但在現(xiàn)實生活中，水輪發(fā)電機組存在著振動故障。本文將從這些振動故障的角度出發(fā)，研究識別振動故障的有效策略。

1針對水輪發(fā)電機組振動故障的研究

機械設(shè)備在運行過程中，都會潛在著不同程度上的振動。因此，水輪發(fā)的發(fā)電機組在運行過程中，也會存在一定程度上的振動。對待各種不同種類裝置的形式和氣所運用的軸承型的水輪發(fā)電機組，要根據(jù)不同的額定轉(zhuǎn)速對機組中各個零部件的振動幅度有一個合理的規(guī)范范圍。如若水輪發(fā)電機組在運行過程中出現(xiàn)超出該范圍的振動，就會產(chǎn)生不同程度上的故障。在研究水輪發(fā)電機組振動故障的過程中，既要考慮發(fā)電機組本身固定部位的振動與旋轉(zhuǎn)部位的振動，又要考慮流動水壓力對水輪機過流零部件與電站引水系統(tǒng)的影響。因此，在研究水輪發(fā)電機組振動故障的過程中，要充分考慮各個方面的原因與問題。

2針對水輪發(fā)電機組出現(xiàn)振動故障原因的研究

2.1原因之一———水力方面的原因造成的振動故障

水力方面的原因造成的振動故障的主要表現(xiàn)是：一是由發(fā)電機組中轉(zhuǎn)輪葉片尾部卡門渦所引起的機組振動，這與繞流尾部尺寸與斷面形狀有著很大的關(guān)系，其中的振動頻率公式是f=S（tw1/d），其中d表示饒流體尾部的最大寬度，St表示流體力學(xué)中的斯特羅哈數(shù)，w1表示轉(zhuǎn)輪進口處的水流相對速度；二是水輪發(fā)電機組的進水流道蝸殼與導(dǎo)葉中不均勻的流場產(chǎn)生渦流，進而形成渦帶進入機組轉(zhuǎn)輪，從而引起發(fā)電機組的振動，其中的振動頻率公式是f=nz2/60。

2.2原因之二———機械方面的原因造成的振動故障

機械方面的原因造成的振動故障的主要表現(xiàn)是：一是由于軸承間隙太大、軸的剛度過小或者主軸的直徑過小等原因造成的振動，它的主要特征是水輪發(fā)電機組的振幅會隨著機組的負荷的變化而變化；二是由于水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動部位的質(zhì)量不合格或者不平衡而造成的機組振動，它的主要特征是水輪發(fā)電機組的振幅會隨著機組的轉(zhuǎn)速變化而變化，機組轉(zhuǎn)速與振幅之間呈現(xiàn)二次方正比，水平方上的振動幅度較大；三是由于水輪發(fā)電機組的緊固零部件發(fā)生松動、軸線曲折、推力軸承德調(diào)整錯誤以及發(fā)電機組之間的中心對不準等原因所引起的機組振動，它的主要特征是當(dāng)水輪發(fā)電機組在空載并低轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)時，發(fā)電機組就會出現(xiàn)非常明顯的振動；四是水輪發(fā)電機組的固定零部件與轉(zhuǎn)動零部件發(fā)生摩擦而引起的發(fā)電機組振動，它的主要特征是兩者之間產(chǎn)生的振動幅度較大，并時常發(fā)出撞擊的聲音。

2.3原因之三———電氣方面的原因造成的振動故障

電氣方面的原因造成的震動故障的主要表現(xiàn)是：

一是定子繞組的固定度不高，在高電磁負荷與電氣負荷的聯(lián)合作用下，使得水輪發(fā)電機組與繞組產(chǎn)生較大的振動。它的振動體征為，機組振動會隨著負荷與轉(zhuǎn)速運行情況的變化而變化，機組的上機架的振動是比較明顯的，但是不會出現(xiàn)加上某一負荷之后，機組的振動會隨著時間的加長而降低的狀況。

二是水輪發(fā)電機組的繞組中每極分數(shù)槽繞組所形成的磁場的特殊諧波成分所引起的磁拉力，但是定子在波數(shù)數(shù)量少的磁拉力的作用下會產(chǎn)生不同程度上的振動，它的振動特征是振級和電流之間呈現(xiàn)出線性的關(guān)系，振動會隨著定子電流的增大而增大，同時上機架部位的振動幅度特別明顯。

三是由于定子鐵芯發(fā)生松動或者定子鐵芯的組合縫發(fā)生松動而引起的水輪發(fā)電機組的振動。它的振動特征是它的振動頻率是電流頻率的兩倍，這種振動會隨著機組轉(zhuǎn)速的變化而變化，當(dāng)機組被載上一定程度上的負荷之后，它的振動會隨著時間的加長而降低。四是由于水輪發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動受到不平衡力的影響而產(chǎn)生的機組振動。它的振動范圍是：水輪發(fā)電機組中的上機架部位的振動比較明顯，其振動會隨著勵磁電流的增強而擴大。

3針對水輪發(fā)電機組振動故障的識別策略的研究

3.1策略之一———根據(jù)振動部位來識別振動原因

根據(jù)振動部位來識別振動原因的主要表現(xiàn)是：一是當(dāng)機組葉片的尾部形成卡門渦列、轉(zhuǎn)輪葉片的出水邊線產(chǎn)生差異或者機組尾水管里面出現(xiàn)偏心渦帶的時候，就可以在尾水管的頂板與壓力鋼管中檢測到振動，而蝸殼中會隨之產(chǎn)生比較大幅度的水壓波動；二是當(dāng)導(dǎo)葉、蝸殼或者轉(zhuǎn)輪中的水壓力不平衡的時候，就會在機組水導(dǎo)軸承的地方產(chǎn)生較大的振動；三是當(dāng)水輪發(fā)電機組的推力軸承、機組軸線發(fā)生曲折、上導(dǎo)軸承存在缺陷或者發(fā)電機組的中心產(chǎn)生變化的時候，就會在一定程度上導(dǎo)致水輪發(fā)電機組的上機架產(chǎn)生較大的振動。

3.2策略之二———根據(jù)振動頻率來識別振動原因

根據(jù)水輪發(fā)電機組的振動頻率來識別振動原因的表現(xiàn)是：一是當(dāng)機組的振動頻率等于發(fā)電機組的磁極對數(shù)與機組的轉(zhuǎn)速率相乘，就可以判斷出機組產(chǎn)生振動的原因是發(fā)電機組中空氣隙不均勻；二是由于機組軸承轉(zhuǎn)動油盆中油膜的振動所引起的振動；三是當(dāng)機組轉(zhuǎn)動的頻率與機組振動的頻率相一致的時候，那么機組軸線曲折、轉(zhuǎn)動部位的質(zhì)量不平衡以及水輪機中迷宮間隙出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象的是導(dǎo)致發(fā)電機組振動的主要原因；四是當(dāng)機組轉(zhuǎn)輪的開口于導(dǎo)葉的開口呈現(xiàn)不均勻的狀況時，機組的振動頻率等于機組的轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)與轉(zhuǎn)動的頻率相乘或者活動導(dǎo)葉的數(shù)量與轉(zhuǎn)速的頻率相乘。

4結(jié)語

水輪發(fā)電機組作為電力工程中的重要組成部分，在維持社會經(jīng)濟發(fā)展有效用電量與與提升電力工程發(fā)電質(zhì)量等方面發(fā)揮著重要的推動作用。但在現(xiàn)實的生產(chǎn)過程中，水輪發(fā)電機組存在著一些振動故障，給發(fā)電機組的運營帶來了很大的麻煩。因此，從水輪發(fā)電機組存在故障的角度出發(fā)進行研究并找出相應(yīng)的識別策略，是當(dāng)前擺在人們面前的一項重大而又緊迫的任務(wù)。