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減速機(jī)網(wǎng) 小型水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)分析 減速機(jī)網(wǎng)
來源:減速機(jī)信息網(wǎng)    時(shí)間:2008-4-10 9:02:57  責(zé)任編輯:lihongwei  
  水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)是水電站存在的一個(gè)普遍問題,有設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修、運(yùn)行等方面的原因。運(yùn)行中的機(jī)組不同程度都存在著振動(dòng),電站規(guī)定振動(dòng)值在某一允許范圍內(nèi),當(dāng)振動(dòng)超過規(guī)定的允許值時(shí),便會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行和機(jī)組的壽命,需及時(shí)找出原因并采取措施消除。同時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的問題,但從振動(dòng)的原因來看,一般有機(jī)械、水力及電磁等方面的原因。筆者結(jié)合實(shí)踐談?wù)勊啺l(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)問題。

  機(jī)械掘動(dòng)

  由于機(jī)組機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其他力的干擾造成的振動(dòng)叫做機(jī)械振動(dòng)。引起機(jī)械振動(dòng)的因素有:轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、機(jī)組軸線不正、導(dǎo)軸承缺陷等。

  特子質(zhì)量不平衡。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡,轉(zhuǎn)子重心與軸心產(chǎn)生一個(gè)偏心距。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí),由于失衡質(zhì)量離心慣性力的作用,主軸將產(chǎn)生彎曲變形。軸變形越大,振動(dòng)也越嚴(yán)重。在制造時(shí),要進(jìn)行轉(zhuǎn)于的靜平衡、動(dòng)平衡試驗(yàn),使不平衡重量盡可能小,從根本上消除這種振動(dòng)的原因.

  軸線不正。機(jī)組軸線不正會(huì)引起兩種形式的振動(dòng),弓狀回旋.由于轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)輪幾何中心偏離旋轉(zhuǎn)中心,運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生橫向及縱向振動(dòng),直接形成回旋對(duì)推力軸承、導(dǎo)軸承均構(gòu)成威脅,還能增大離心慣性力,兩者都使振幅增大。從運(yùn)行角度分析,一般出現(xiàn)在投運(yùn)年限較長(zhǎng),各導(dǎo)軸承間隙大,沒能及時(shí)修復(fù),或者檢修質(zhì)量不良等情況下。另外一種是擺振。在動(dòng)水壓力下,推力軸承處發(fā)生擺振。為此,在安裝和檢修時(shí)必須找正軸線,調(diào)整各導(dǎo)軸承的間隙在允許范圍內(nèi)。對(duì)新投產(chǎn)的機(jī)組,一般不會(huì)由于軸線不正而引起劇烈振動(dòng),但對(duì)于運(yùn)行一段時(shí)間后的機(jī)組,由于某種原因使軸線改變,如推力頭與軸配合不嚴(yán)密、卡環(huán)不均勻壓縮、推力頭與鏡板間的墊變形或破壞等,都會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)。

  導(dǎo)軸承缺陷。當(dāng)導(dǎo)軸承松動(dòng)、剛性不足、運(yùn)行不穩(wěn)而潤(rùn)滑不良時(shí),會(huì)發(fā)生摩擦,引起反向弓狀回旋,即橫向振動(dòng)力。導(dǎo)軸承間隙過小,會(huì)把轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)傳給支座和基礎(chǔ),導(dǎo)軸承間隙過大,轉(zhuǎn)軸振動(dòng)大。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軸承間隙,才有可能同時(shí)保證轉(zhuǎn)軸與支座的振動(dòng)均在允許范圍內(nèi)。

  水力撮動(dòng)

  由水輪機(jī)水力部分的動(dòng)水壓力的干擾造成振動(dòng)叫水力振動(dòng)。引起水力振動(dòng)的因素有,水力不平衡、尾水管中的水力不穩(wěn)定、渦列等。

  水力不平衡。當(dāng)流入轉(zhuǎn)輪的水流失去的軸對(duì)稱時(shí),出現(xiàn)不平衡的橫向力,于是造成轉(zhuǎn)輪振動(dòng)。水流失去軸對(duì)稱的主要原因是過流通道不對(duì)稱,如:蝸殼形狀不正確,導(dǎo)葉開度不均,引起轉(zhuǎn)輪壓力分布不均,在流道中塞有外物,轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)偏心等。

  尾水管中水力不穩(wěn)定。尾水管中水力不穩(wěn)定現(xiàn)象,主要指尾水管中的水壓周期性的變化,壓力脈動(dòng)作用于機(jī)組和基礎(chǔ)上,就引起振動(dòng)、噪音和出力波動(dòng),同時(shí)它對(duì)尾水管有相當(dāng)大的破壞作用。這種情況一般發(fā)生在非設(shè)計(jì)工況下,水流在尾水管進(jìn)口有一個(gè)圓周分量,形成旋流。當(dāng)此分量達(dá)一定值時(shí),便在尾水管中出現(xiàn)渦帶,使尾水管的水流發(fā)生周期性的變化,引起水壓脈動(dòng)和管壁振動(dòng)。當(dāng)水輪機(jī)的自振頻率與壓力脈動(dòng)頻率相同時(shí),便發(fā)生共振,威脅水輪機(jī)組的運(yùn)行。

  渦列。當(dāng)水流繞流葉片,由出口邊流出時(shí),便會(huì)在出口邊處產(chǎn)生渦列,從葉片的正面和背面交替出現(xiàn),形成對(duì)葉片交替的沖擊。當(dāng)葉片自振頻率與沖擊頻率相同,便產(chǎn)生共振。由渦列所引起的振動(dòng)只在一定水頭和開度時(shí)才會(huì)發(fā)生,它能使葉片的根部或輪緣產(chǎn)生裂紋,有時(shí)還伴隨著一定的聲響。

  在偏離設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行,機(jī)組一般都存在著一個(gè)振動(dòng)區(qū)。這個(gè)振動(dòng)區(qū)主要是由水力方面引起的,如尾水管中水力不穩(wěn)定、渦列等。在沒有解決振動(dòng)問題之前,為了機(jī)組的安全與穩(wěn)定,值班人員應(yīng)盡可能地避開這些區(qū)域運(yùn)行。磁振動(dòng)由發(fā)電機(jī)電磁部分的電磁力的干擾造成的振動(dòng)叫做電磁振動(dòng)。引起電磁振動(dòng)的因素有:發(fā)電機(jī)二相不對(duì)稱運(yùn)行、發(fā)電機(jī)突然短路等。

  發(fā)電機(jī)三相不對(duì)稱運(yùn)行

  發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí),會(huì)發(fā)生三相不平衡負(fù)載,引起三相電流不平衡。三相不平衡電流會(huì)在三相繞組中產(chǎn)生一個(gè)正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和一個(gè)負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)負(fù)序磁場(chǎng)對(duì)著水力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子縱軸附近時(shí),因氣隙小,磁阻小,磁力線就多,轉(zhuǎn)子和定子間的作用力就大。當(dāng)負(fù)序磁場(chǎng)對(duì)著轉(zhuǎn)子橫軸附近時(shí),因氣隙大,磁阻大,磁力線就少,轉(zhuǎn)子與定子間的作用力就小。這樣,負(fù)序磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子之間的作用力時(shí)大時(shí)小,就使力矩變成兩倍于周波數(shù)的頻率而脈動(dòng),造成轉(zhuǎn)子及定子機(jī)座的振動(dòng)。

  發(fā)電機(jī)突然短路

  發(fā)電機(jī)突然短路會(huì)使定子繞組的端部受到很大的電磁力的作用。這些力包括定于繞組端部相互間的作用、定子繞組端部與轉(zhuǎn)子繞組端部相互間的作用力以及定于繞組端部與鐵芯之間的作用力。另外,發(fā)電機(jī)突然短路還使轉(zhuǎn)子軸受到很大的電磁力矩作用,所受力矩分為兩種:一種是短路電流中使定子、轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生電阻損耗的有功電流分量所產(chǎn)生的阻力矩,另一種是突然短路過度過程中才出現(xiàn)的沖擊交變力矩。這些電磁力及電磁力矩能使發(fā)電機(jī)組受到劇烈的振動(dòng),并給發(fā)電機(jī)部件帶來危害。

  發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地

  當(dāng)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地時(shí),部分線匝短路,電阻降低,有較大的短路電流流過短路點(diǎn),勵(lì)磁電流不正常的增大,發(fā)電機(jī)進(jìn)相多,引起磁場(chǎng)不平衡,造成發(fā)電機(jī)組強(qiáng)烈的振動(dòng)。

  此外,非同期并列、系統(tǒng)故障、雷擊也會(huì)使發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電磁振動(dòng)。

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