水力发电机组运行中振动的原因分析及处理办法--中国期刊网

字体：大中小

首页> 原创作品> 正文

水力发电机组运行中振动的原因分析及处理办法

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：梁林

[导读] 摘要：以提高水力发电机组运行稳定性为目的，需要对常见振动问题进行分析，确定问题发生的原因，有的放矢选择解决措施。

        国家电投集团四川电力有限公司乐山分公司四川省乐山市 614000
        摘要：以提高水力发电机组运行稳定性为目的，需要对常见振动问题进行分析，确定问题发生的原因，有的放矢选择解决措施。从技术角度出发，对水力发电机组运行中振动的原因及处理方法进行分析研究，加强设备运行管理，争取不断提高水电生产综合效率。
        关键词：水力发电；机组运行；振动；原因；处理
        1.水力发电机组运行中产生振动的危害
        由于水电机组自身具有一定的特殊性以及工作环境的限制，在运行过程中出现振动问题是在所难免的。如果机组的振动被控制在发电机设计范围之内就不会造成太大的危害，但是如果振动过大以至于超出了设计范围，则很有可能难以对其进行控制，从而导致发电机失去其应有的使用价值。
        （1）若水力发电机组运行过程中产生的振动过大，发电机之间各连接部件会受振动的影响而发生松动，这可能会引起松动部分与静止的部分发生一定的摩擦，过度摩擦可能会导致出现扫膛等设备损坏现象。
        （2）发电机组遭受较大程度的磨损，或是轴剧烈的振动，则容易使轴与轴瓦温度上升，当温度达到临界值时可能烧坏瓦轴，从而无法满足机组长期运行条件。
        （3）发电机转子的振动过大，会增加滑环电刷的磨损，导致电刷火花不断增大。
        （4）机组振动可能会引起机组零部件金属以及焊缝之间形成并扩大疲劳破坏区，促使其机能的减弱。随着裂纹的不断扩大，导致裂缝的产生，最终会造成断裂，造成机组无法使用。
        （5）机组振动过大，会增加尾水管中形成的涡流脉动压力，这会使尾水管壁发生裂缝，从而影响尾水管壁的正常功能，严重时可能会导致整体尾水设施遭到严重的破坏。
        2.电气原因导致的水力发电机组振动及处理方法
        2.1三相负荷因素引发的振动及处理
        在实际水电生产过程中，发电机组经常会出现三相负荷不对称问题，如发电机定子单向接地或者两相短路时。当负荷不平衡时，三相绕组会产生负序电流，产生负序旋转磁场。一旦负序磁场正对发电机纵轴时，较小气隙会增大转子间作用力。一旦负序磁场正对发电机横轴时，较大气隙会减小转子间作用力。因此负序磁场造成定转子间作用力忽大忽小，便会出现定子机座与转子出现振动问题。针对此种问题，需要设置发电机阻尼绕组来减小负序电流，在负序旋转磁场切割转子时，电阻中安装的漏电抗很小的阻尼绕组便可以产生较大感应电流，对负序磁场进行削弱，从而减少产生的负序电流，避免出现振动问题。
        2.2静态气息因素造成的振动及处理
        对于水力发电机，在安装时如果定、转子不同心，或者发电机定子与转子不圆，在后期运行过程中很容易出现气隙不均匀问题。此类问题发生后会影响气隙磁场均匀性，在定子上产生相对静止单边磁拉力或者周期性交变磁拉力，并在转子上产生周期性交变性磁拉力，进而造成机组振动。想要消除此类因素影响，就需要采取措施来消除静态气息不均匀问题，即机组安装与运行前需要准确测量发电机转子圆度，并利用垫片设置在磁极与磁轭间进行调整，同时还可以增加上机架径向支撑刚度，以及提高动态平衡精度。
        3.水力因素引起的水力发电机组振动及处理方法
        3.1水力因素引起的振动原因
        水力因素引起的机组振动主要有以下几个方面：（1）卡门涡列：围绕着物体的恒流通过时，在出口的两侧边缘出现了漩涡，形成了有规则交错排列、向相反方向旋转的旋涡，从而相互吸引、相互干扰，形成了非线形的涡列，通常被称为卡门涡列。当卡门涡列冲击频率和旋转物体叶片固有频率比较接近的时候，叶片的固有频率会产生共振，并带有强烈且频率单一的噪声以及金属共振的声音。

期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆

（2）空腔汽蚀：水轮机有水流通过的时候，流速、流向受到流道的影响发生变化，在流速增加或脱流部位压力减少到汽化压力的时候，水流中会出现汽泡，汽泡在进入高压区之后会溃灭，从而导致汽浊出现。空腔汽蚀是在流道中由于漩涡带引起负压、脱流而导致压力交变造成的。因空腔汽蚀造成机组的推力轴承和顶盖产生剧烈的垂直振动，相较于横向振动，垂直振动的危害更大。（3）尾水管的低频率水压脉冲：水轮机在非设计工况条件下运行的时候，由于转轮受到出口处的脱流旋涡和旋转水流以及汽蚀等影响，在尾水管内常常会引起水压脉动，特别是在尾水管内出现大型涡带之后，涡带以近似固定的频率在管内转动，从而导致低频压力脉动。当水流在管道中流动时，压力脉动会激起尾水管壁、转子、蜗壳、导水机构和压力管道的剧烈振动。（4）水力不平衡：具有动能和位能的水流是由蜗壳的作用而形成的环流，它是经过均匀分布的固定以及活动导叶片作用到转轮上，转轮被激活而旋转。因为加工、安装误差，导水叶叶片、流量通道的形状大小差异较大的时候，作用转轮的水流在失去轴对称的情况下就会出现不平衡横向力，从而导致转轮振动，当无负载和低负荷运行的时候，振动比较强烈。
        3.2处理方法
        （1）消除水力不平衡，提高机组稳定性，首先要保证转轮叶片的型线和开口、上冠和下环的圆度、导叶开口等尺寸满足设计要求。在机组安装过程中结合推力负荷计算结果等合理设置转轮上下止漏环与固定部件之间的间隙。保证导叶运动轨迹的同步性。（2）汽浊和尾水管涡流引起机组的强烈振动，可以使用补气措施进行消振或是减振，也可以使用安装导流瓦和导流翼板等在尾水管入口处，可以减少和消除涡带引起的振动。（3）对于卡门涡列造成的振动，可以采取改变叶片固有频率或卡门涡列频率的方法，也可以改型或削薄叶片出水边，也就是说，抵消、削弱正反双方侧面构成的交变漩涡，避免造成共振。
        4.机械原因造成的水力发电机组振动及处理方法
        4.1转动部件因素引起的振动及处理
        转动部件故障是影响水轮发电机运行稳定性的常见问题，主要包括静态与动态两类。其中动态质量不平衡即发电机组在运行一段时间后，受各种因素影响，各部件松动或者位移，造成机组旋转质量平衡性降低。再加上部分机组转速高并且转子较长，在运行过程中更易出现不平衡力偶问题。通过对此方面因素的分析，需要重点做好转动部件的选择与安装，保证轴与连接件的刚强度，提高各细节实施效率，并采取可靠措施来防止磁轭运行时产生的不均匀径向外移。另外，还可以选择用检测仪器与平衡重配置软件，对各部件进行现场平衡试验，对不平衡部位采取配重等方式进行处理。
        4.2机组支撑因素导致的振动及处理
        如果发电机组支撑结构静态刚度较低，在生产运行过程中很容易受外力影响而出现较大的变形。同样如果其动态刚度较低，在受到力矩或者不平衡力影响时，就会导致机组设备产生较大振动。就我国水电建设生产现状来看，存在因为机座、负荷机架以及磁轭等部件刚度不足，导致机组固有频率过低而出现运行振动的问题。并且当灯泡贯流式水轮发电机组支撑结构或者轴系刚度较低时，情况严重的甚至还会出现发电机转子扫膛事故，降低生产安全性。因此在面对此类问题时，必须要保证机组支撑结构具有足够的静、动态刚度，满足机组稳定运行要求，避免为降低投资成本而减小安全裕度。
        4.3机械轴线因素引发的振动及处理
        机械轴线不正或者对中不良会加剧发电机组振动加剧，降低其运行稳定性，在生产过程中比较常见，需要及时采取措施进行处理。发电机上端轴与转子中心体不同心、发电机轴与转子中心体不同心以及水轮机轴与发电机轴的轴心不正等，均会导致机组出现振动问题。此时要求加强对机组各部位的检查和检测，在安装阶段严格按照专业规范来进行，提高设备的安装质量，保证轴线不发生偏移和扭曲，确保所有细节均满足要求。
        5.结束语
        发电机组是影响水电生产效率的核心要素之一，其运行对技术性要求十分严格，在日常生产过程中必须严格按照规范进行操作和巡视检查，减少各类问题产生的概率。尤其是最为常见的振动问题，应结合以往实践经验，从不同角度进行分析，确定振动问题产生的原因，并基于此来选择优化方案，解决问题，提高机组运行稳定性与可靠性。
        参考文献：
        [1]刘倍倍.水轮机发电机的振动原因及处理研究[J].居舍，2017（36）：179-180.
        [2]戴红.水轮发电机组运行中剧烈振动的原因及解决措施[J].低碳世界，2017（18）：105-106.