单位文秘网 2021-07-04 08:12:59 点击: 次
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摘要:在机组运行中,振动是一个很复杂的问题,产生振动的原因有机械因素、电气因素和水力因素。水电机组在运行中产生振动现象是不可避免的,但如何最大限度地减少机组的振动,是一个值得研究的课题。对机组进行变转速、变励磁测试,通过对试验数据及波形频谱进行分析与计算,同时对机组的轴系摆度情况进行分析,测试机组的轴线运行状况和导轴承间隙情况,寻找产生振动的原因,有针对性地对机组轴线进行处理,对发电机转子或水轮机转轮进行平衡处理,加装配重块,使其平衡,可以大幅度地减小机组的振动。
关键词:振动超标;轴心轨迹;转子动平衡;导轴瓦间隙;振摆
1 水轮发电机组振动的分类
①机械不平衡。轴线曲折、轴的弹性变化、导轴承间隙变化等都体现在立式机组振摆中。而转子的不平衡现象主要来自:制造过程和安装的时候出现的各种数据的偏差和材料的不严谨;运行的过程中部分零件被磨损,出现了松动和脱落的现象等。
②磁力不平衡。磁力不平衡是指发电机转子的四周出现了磁力,但其他地方没有出现磁力的现象。产生的原因:转子的形状以及旋转中心不符合设计要求;定转子气隙不均匀、转子匝间短路等。
③水力不平衡。由蜗壳、导叶以及转轮叶片所形成了一个均匀稳定的环流。但如果转轮叶片或流道的外观发生改变,将导致转轮在工作时失去轴对称,就会产生不平衡力,引发转轮工作时振动。水力不平衡的原因还有:蜗壳、导叶及转轮流道被异物卡塞;导叶剪断销剪断;导叶开度不均匀;涡流、涡带等。
2地洛水电站1号水轮发电机组振动超标原因分析
2.1 电气因素的排查
①发电机转子电流平衡,无转子接地或短路现象;②发电机的定子和转子间的空气间隙均未超过空气隙平均值的10%;③检查定子、转子磁场中心不存在不重合产生轴拉力情况;④电气因素引起的振动随着励磁电流的改变而改变,如果励磁电流大则振动就大,且振动频率在一般情况下与转速是吻合的或者前者是后者的两倍。通过励磁电流振动试验分析,振动超标电气因素可以排除。
2.2 机械因素的排查
旋转体如果存在不平衡旋转质量的问题,从而产生不平衡的离心力,离心力公式:离心力F=mr。如果主轴在运行中产生弹性弯曲时,势必造成重心的改变和一些不平衡力的产生,从而导致机组振动。地洛机组主轴由3段轴组成。考虑到以前机组甩满负荷后有发生过一次上导处和水导处摆度发生翻转的情况,主轴3段轴的弹性弯曲量和各法兰联接情况应作为排查的重点之一。对机组摆度、振动进行测量,测量数据见下表;从测量数据看,上、下导轴承摆度和机架水平振动大部分超标。上机架X水平振动范围31~52um,随负荷减小而增大,最大振动值出现在30MW时;上机架Y水平振動范围41~53um,随负荷减小而增大,最大振动值出现在25MW负荷时;下机架X水平振动范围52~62um,随负荷减小而增大,最大振动值出现在25MW时。上导X摆度范围219~257um、Y摆度范围323~417um,随负荷减小而增大,最大摆度值出现在25MW时;下导X摆度范围254~298um、Y摆度范围308~365um,随负荷减小而增大,最大摆度出现在25MW时;水导X摆度范围207~395um、Y摆度范围167~382um,随负荷减小而增大,最大摆度值出现在25MW时。
表1可看出各测量数据的最大值分布在25MW。水导摆度随负荷变化,最大变化出现在40MW~25MW范围内,负荷每变化5MW,水导X摆度最大变化量为67um,水导Y摆度最大变化量为71um,可判断机组不稳定工况范围上限为40MW~35MW之间。
分析排查结论:①检查上导、下导轴承抗重螺栓背帽紧固无松动;②检查振摆装置探头及支架无松动;③通过前两项原因的排查,结合振摆数据对比分析,可判断为上、下导轴瓦间隙分布不均匀是造成摆度过大的主要原因。查看机组轴心轨迹图,发现上导轴心动态轨迹由最初的椭圆轨迹跳变为不规则轨迹,同样说明机组长期在振动区内运行,轴瓦间隙或发生了变化。
2.3 水力因素的排查
一是混流式水轮机在偏离最优工况运行时,尾水管中将出现涡流涡带,此引起水轮机振动,并伴有响声,常发生在30%~60%额定负荷范围内。强烈的涡流涡带还可能引起厂房振动。二是转轮、导叶型线由于长期水流冲刷、汽蚀磨损,偏离设计翼型,造成水轮机工况发生改变。三是由于部分导叶、转轮流道被异物卡塞造成的水力不平衡,随着负荷、流量的增加而振动加剧。
在观察记录时,负荷在40MW时,机组尾水发生多次脉动,随着进入尾水锥管水流中空气泡在负压下急剧膨胀破裂产生的爆破声,厂房各层、副厂房均有明显感觉。此时观测到尾水压力脉动测压表指针大幅摆动。根据监控系统检测的机组各处振动曲线进行分析,其中上导、上机架、下机架、顶盖振动曲线看不出和负荷变化有明显关联,而下导和水导随负荷变化有明显改变。在30MW区间,振动明显增大,其他负荷区间振动一致。水导轴承振动在30MW时振动最大,随负荷变化呈减小趋势,在50MW时振动最小。根据振动曲线分析得出,1号机组振动区为35MW以下,在40MW左右时的水流脉动为厂房振动主要因素。在运行中发现1号机补气系统不能正常对转轮室和尾水锥管补气,造成涡流涡带无法正常消除,真空无法破坏,从而造成水流夹带的气泡在尾水锥管进口因负压产生急剧膨胀爆裂,尾水管上方的副厂房震感明显。
3 增强水轮发电机组稳定运行的措施
①对水轮机过流部件型线进行修复。由于机组长期运行受汽蚀磨损影响,过流部件型线已发生改变,若及时进行修复,可以在一定程度上减少空化等现象;②改善机组轴线。对机组转动部件进行全面检查。通过重新盘车,对机组轴线进行全面处理,重新分配各导轴承瓦隙;③ 改善运行条件并采取的措施。良好的补气系统是消除空化和空蚀的必要条件。水轮机长期受到汽蚀磨损作用使翼形的绕流和出流发生比较大的变化,从而使翼形空化和空腔空蚀更加严重。所以,及时修复处理,做好运行方式的配置使机组在最优的工况下工作,可以减轻空化和空蚀的影响。
参考文献:
[1]孙华,顾旭良,张庆.灵观岩电站水轮发电机组的振动分析与处理[J].小水电,2011(3).
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