水輪發(fā)電機(jī)組問題的識(shí)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(shí)代的發(fā)展與社會(huì)的進(jìn)步，水輪發(fā)電機(jī)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(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面發(fā)揮著至關(guān)重要的促進(jìn)作用。但在現(xiàn)實(shí)生活中，水輪發(fā)電機(jī)組存在著振動(dòng)故障。本文將從這些振動(dòng)故障的角度出發(fā)，研究識(shí)別振動(dòng)故障的有效策略。

1針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的研究

機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中，都會(huì)潛在著不同程度上的振動(dòng)。因此，水輪發(fā)的發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，也會(huì)存在一定程度上的振動(dòng)。對(duì)待各種不同種類裝置的形式和氣所運(yùn)用的軸承型的水輪發(fā)電機(jī)組，要根據(jù)不同的額定轉(zhuǎn)速對(duì)機(jī)組中各個(gè)零部件的振動(dòng)幅度有一個(gè)合理的規(guī)范范圍。如若水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中出現(xiàn)超出該范圍的振動(dòng)，就會(huì)產(chǎn)生不同程度上的故障。在研究水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的過程中，既要考慮發(fā)電機(jī)組本身固定部位的振動(dòng)與旋轉(zhuǎn)部位的振動(dòng)，又要考慮流動(dòng)水壓力對(duì)水輪機(jī)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(jī)組振動(dòng)故障的過程中，要充分考慮各個(gè)方面的原因與問題。

2針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)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(dòng)故障

水力方面的原因造成的振動(dòng)故障的主要表現(xiàn)是：一是由發(fā)電機(jī)組中轉(zhuǎn)輪葉片尾部卡門渦所引起的機(jī)組振動(dòng)，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(dòng)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(jìn)口處的水流相對(duì)速度；二是水輪發(fā)電機(jī)組的進(jìn)水流道蝸殼與導(dǎo)葉中不均勻的流場(chǎng)產(chǎn)生渦流，進(jìn)而形成渦帶進(jìn)入機(jī)組轉(zhuǎn)輪，從而引起發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)，其中的振動(dòng)頻率公式是f=nz2/60。

2.2原因之二———機(jī)械方面的原因造成的振動(dòng)故障

機(jī)械方面的原因造成的振動(dòng)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(dòng)，它的主要特征是水輪發(fā)電機(jī)組的振幅會(huì)隨著機(jī)組的負(fù)荷的變化而變化；二是由于水輪發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部位的質(zhì)量不合格或者不平衡而造成的機(jī)組振動(dòng)，它的主要特征是水輪發(fā)電機(jī)組的振幅會(huì)隨著機(jī)組的轉(zhuǎn)速變化而變化，機(jī)組轉(zhuǎn)速與振幅之間呈現(xiàn)二次方正比，水平方上的振動(dòng)幅度較大；三是由于水輪發(fā)電機(jī)組的緊固零部件發(fā)生松動(dòng)、軸線曲折、推力軸承德調(diào)整錯(cuò)誤以及發(fā)電機(jī)組之間的中心對(duì)不準(zhǔn)等原因所引起的機(jī)組振動(dòng)，它的主要特征是當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組在空載并低轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)電機(jī)組就會(huì)出現(xiàn)非常明顯的振動(dòng)；四是水輪發(fā)電機(jī)組的固定零部件與轉(zhuǎn)動(dòng)零部件發(fā)生摩擦而引起的發(fā)電機(jī)組振動(dòng)，它的主要特征是兩者之間產(chǎn)生的振動(dòng)幅度較大，并時(shí)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(dòng)故障

電氣方面的原因造成的震動(dòng)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(fù)荷與電氣負(fù)荷的聯(lián)合作用下，使得水輪發(fā)電機(jī)組與繞組產(chǎn)生較大的振動(dòng)。它的振動(dòng)體征為，機(jī)組振動(dòng)會(huì)隨著負(fù)荷與轉(zhuǎn)速運(yùn)行情況的變化而變化，機(jī)組的上機(jī)架的振動(dòng)是比較明顯的，但是不會(huì)出現(xiàn)加上某一負(fù)荷之后，機(jī)組的振動(dòng)會(huì)隨著時(shí)間的加長而降低的狀況。

二是水輪發(fā)電機(jī)組的繞組中每極分?jǐn)?shù)槽繞組所形成的磁場(chǎng)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(huì)產(chǎn)生不同程度上的振動(dòng)，它的振動(dòng)特征是振級(jí)和電流之間呈現(xiàn)出線性的關(guān)系，振動(dòng)會(huì)隨著定子電流的增大而增大，同時(shí)上機(jī)架部位的振動(dòng)幅度特別明顯。

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

3針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的識(shí)別策略的研究

3.1策略之一———根據(jù)振動(dòng)部位來識(shí)別振動(dòng)原因

根據(jù)振動(dòng)部位來識(shí)別振動(dòng)原因的主要表現(xiàn)是：一是當(dāng)機(jī)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(jī)組尾水管里面出現(xiàn)偏心渦帶的時(shí)候，就可以在尾水管的頂板與壓力鋼管中檢測(cè)到振動(dòng)，而蝸殼中會(huì)隨之產(chǎn)生比較大幅度的水壓波動(dòng)；二是當(dāng)導(dǎo)葉、蝸殼或者轉(zhuǎn)輪中的水壓力不平衡的時(shí)候，就會(huì)在機(jī)組水導(dǎo)軸承的地方產(chǎn)生較大的振動(dòng)；三是當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)組的推力軸承、機(jī)組軸線發(fā)生曲折、上導(dǎo)軸承存在缺陷或者發(fā)電機(jī)組的中心產(chǎn)生變化的時(shí)候，就會(huì)在一定程度上導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組的上機(jī)架產(chǎn)生較大的振動(dòng)。

3.2策略之二———根據(jù)振動(dòng)頻率來識(shí)別振動(dòng)原因

根據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)頻率來識(shí)別振動(dòng)原因的表現(xiàn)是：一是當(dāng)機(jī)組的振動(dòng)頻率等于發(fā)電機(jī)組的磁極對(duì)數(shù)與機(jī)組的轉(zhuǎn)速率相乘，就可以判斷出機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的原因是發(fā)電機(jī)組中空氣隙不均勻；二是由于機(jī)組軸承轉(zhuǎn)動(dòng)油盆中油膜的振動(dòng)所引起的振動(dòng)；三是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率與機(jī)組振動(dòng)的頻率相一致的時(shí)候，那么機(jī)組軸線曲折、轉(zhuǎn)動(dòng)部位的質(zhì)量不平衡以及水輪機(jī)中迷宮間隙出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象的是導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的主要原因；四是當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)輪的開口于導(dǎo)葉的開口呈現(xiàn)不均勻的狀況時(shí)，機(jī)組的振動(dòng)頻率等于機(jī)組的轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)與轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率相乘或者活動(dòng)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(jī)組作為電力工程中的重要組成部分，在維持社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(dòng)作用。但在現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)過程中，水輪發(fā)電機(jī)組存在著一些振動(dòng)故障，給發(fā)電機(jī)組的運(yùn)營帶來了很大的麻煩。因此，從水輪發(fā)電機(jī)組存在故障的角度出發(fā)進(jìn)行研究并找出相應(yīng)的識(shí)別策略，是當(dāng)前擺在人們面前的一項(xiàng)重大而又緊迫的任務(wù)。