關(guān)于水電站機(jī)組振動(dòng)特性分析

張劍輝　陳接永

【摘要】水電站（hydroelectric power station ）是將水能轉(zhuǎn)換為電能的一項(xiàng)綜合工程設(shè)施，主要包括水庫、水電站引水系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備以及發(fā)電廠房等。就現(xiàn)階段的研究水平來看，利用現(xiàn)代的信息熵技術(shù)分析方法能夠有效分析其機(jī)組特性，筆者將以廣東省梅州市M水電站為例，分析水電站機(jī)組振動(dòng)特性，以期能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作者提供科學(xué)的意見參考。

【關(guān)鍵詞】水電站；機(jī)組振動(dòng)特性；研究分析

水電站機(jī)組的運(yùn)行特性主要包括以下4個(gè)方面的內(nèi)容：其一，穩(wěn)定性；其二，能量特性；其三，空化特性；其四，空蝕特性。從能量特性、空化特性以及空蝕特性角度來看，以上三者關(guān)系到水電站機(jī)組的利用程度以及使用壽命等2個(gè)方面，從穩(wěn)定性的角度來看，不僅僅影響到水電站機(jī)組的使用壽命，還影響到了水電站機(jī)組是否能夠正常運(yùn)行。從上述2個(gè)方面的角度來看，水電站機(jī)組振動(dòng)誘發(fā)的廠房結(jié)構(gòu)振動(dòng)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)水電站運(yùn)行的重要問題之一。現(xiàn)階段，采取針對(duì)性的減振措施可以對(duì)水電站的振動(dòng)故障進(jìn)行有效診斷。

一、M水電站基本概況

M水電站為M水庫壩后電站，M水庫始建于1964年10月，于1966年冬建成投入使用，是一座以防洪、灌溉為主，結(jié)合發(fā)電、供水的綜合利用的中型水庫。捍衛(wèi)著上下游及梅州城區(qū)幾十萬人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全，承擔(dān)著水庫下游沿河兩岸3.6萬畝農(nóng)田的水利灌溉任務(wù)。M水庫是梅州城區(qū)防洪體系的重要組成部分， 其安全與否直接影響到梅州城區(qū)的防洪安全，防洪地位非常突出、防汛責(zé)任重大。水庫控制集雨面積350km2，總庫容為5100萬m3，水庫正常蓄水位▽167.5m，相應(yīng)庫容3500萬m3，校核洪水位▽168.2m，設(shè)計(jì)泄洪流量970 m3/s，水庫前汛期防限水位167.00 m，后汛期防限水位167.50 m。M水電站使用的是反擊式水輪機(jī)。調(diào)節(jié)器使用的是某公司生產(chǎn)的GSFT型高油壓水輪機(jī)調(diào)速器，GSFT型高油壓水輪機(jī)調(diào)速器與傳統(tǒng)的低油壓（2.5/4.0Mpa）調(diào)速器相比，具有以下幾個(gè)方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)：

（1）工作油壓高、用油量少以及電站布置方便、美觀；

（2）儲(chǔ)氣罐內(nèi)所充氮?dú)馀c液壓油不接觸，油質(zhì)不易劣化；

（3）免除了電站運(yùn)行中的調(diào)油位以及補(bǔ)氣工作，又可省去高壓氣系統(tǒng)及相應(yīng)的付廠房；

（4）質(zhì)量可靠，性價(jià)比高；

（5）減少了液壓放大環(huán)節(jié)，使得調(diào)速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能優(yōu)良。在運(yùn)行的過程中發(fā)現(xiàn)機(jī)組的緊固件發(fā)生多次松動(dòng)行為，廠房房頂?shù)捻敳考徽駝?dòng)所掉落，水輪機(jī)的輪轉(zhuǎn)葉片以及尾水管錐管出現(xiàn)細(xì)碎裂紋?？偠灾?，水電站機(jī)組的振動(dòng)不僅僅影響到了機(jī)組的安全運(yùn)行，還在一定程度上縮短了機(jī)組的檢修周期。

二、M水電站機(jī)組特性

1 振動(dòng)試驗(yàn)

根據(jù)試驗(yàn)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（GB/BJ2544-4555，GBEUIH-2417）依據(jù)水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范對(duì)機(jī)組軸線進(jìn)行擺度，其中水輪機(jī)的頂蓋水平振動(dòng)小于100r/min額定速度為0.09，在100～250r/min之間額定速度為0.07，250～370r/min之間額定速度為0.05，370～750r/min之間額定速度為0.03；頂蓋垂直運(yùn)動(dòng)小于100r/min額定速度為0.11，在100～250r/min之間額定速度為0.09，250～370r/min之間額定速度為0.06，370～750r/min之間額定速度為0.03。發(fā)電機(jī)的推力軸承支架垂直振動(dòng)小于100r/min額定速度為0.08，在100～250r/min之間額定速度為0.07，250～370r/min之間額定速度為0.05，370～750r/min之間額定速度為0.04；發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承支架水平振動(dòng)小于100r/min額定速度為0.11，在100～250r/min之間額定速度為0.097，250～370r/min之間額定速度為0.07，370～750r/min之間額定速度為0.05.

2 振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

M水電站機(jī)組的振動(dòng)測(cè)試結(jié)果顯示50%轉(zhuǎn)速在上機(jī)架、頂蓋以及下機(jī)架的水平部位分別為3.5451、1.6541、2.5461，50%轉(zhuǎn)速在上機(jī)架、頂蓋以及下機(jī)架的垂直部位分別為9.5614、4.5124、4.5641；65%轉(zhuǎn)速在上機(jī)架、頂蓋以及下機(jī)架的水平部位分別為3.541、1.964、1.6845，65%轉(zhuǎn)速在上機(jī)架、頂蓋以及下機(jī)架的垂直部位分別為10.548、3.564、5.6541；80%轉(zhuǎn)速在上機(jī)架、頂蓋以及下機(jī)架的水平部位分別為3.5475、2.9874、3.024，80%轉(zhuǎn)速在上機(jī)架、頂蓋以及下機(jī)架的垂直部位分別為35.564、7.5468、5.6451。

3 分析振源

水電站機(jī)組振動(dòng)的原因非常復(fù)雜，影響其振動(dòng)的因素也比較多，相關(guān)振動(dòng)機(jī)理目前來拉看尚不完全清楚。但是，經(jīng)過研究調(diào)查發(fā)現(xiàn)，引起水電站機(jī)組振動(dòng)的原因無非以下三種：其一，水力因素；其二，電氣因素；其三，機(jī)械因素。從水力方面的因素來看，由于水流脈動(dòng)或者渦流等引起的振動(dòng)情況較為復(fù)雜，在理論上尚不能夠完全證實(shí)。從M水電站機(jī)組來看，可以認(rèn)為是水流經(jīng)過了某些繞流體之后因?yàn)榱魉俜植疾痪鶆蚨鴮?dǎo)致的壓力脈動(dòng)情況或者水力在過渡過程中壓力波動(dòng)的情況出現(xiàn)。所以，水電站機(jī)組與管道之間存在水力互聯(lián)的作用。從機(jī)械方面的因素來看，主要是由于水輪機(jī)或者發(fā)電機(jī)在安裝質(zhì)量以及制造的過程中造成推力軸安裝不良以及軸線過于曲折等問題，繼而導(dǎo)致了水電站機(jī)組發(fā)生振動(dòng)現(xiàn)象。機(jī)械原因下的振動(dòng)與負(fù)荷之間沒有顯著關(guān)系，于振動(dòng)主頻率有著十分密切的關(guān)系。一般情況下是由機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分偏心而引起的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分碰撞所引起的振動(dòng)、軸承嫌隙過大、主軸過于細(xì)小所引起的振動(dòng)或者推力軸承調(diào)整精度不夠準(zhǔn)確等方面的原因引起的機(jī)組振動(dòng)情況。從電氣因素來看，主要與推力軸承安裝質(zhì)量不夠高、不均衡的磁拉力、定子極頻振動(dòng)、推力瓦制造不良、發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子間氣隙不夠?qū)ΨQ、發(fā)電機(jī)線圈短路以及發(fā)電機(jī)定子鐵芯基座縫合不嚴(yán)等有密切關(guān)系。

4 相關(guān)解決措施

限制并且有效消除尾水管壓力，其主要關(guān)鍵是限制渦帶的形成，有效減小渦心的偏心距，繼而能夠使得M水電站的水輪機(jī)可以有效改善水輪機(jī)泄水的情況。向尾水管出口進(jìn)行適當(dāng)?shù)难a(bǔ)氣能夠使得渦帶中心低壓真空狀態(tài)減弱，并且有效穩(wěn)定渦帶，減輕振動(dòng)。

三、結(jié)束語

綜上所述，M水電站機(jī)組能夠有效避開振動(dòng)區(qū)域進(jìn)行工作是最好的方法。但是，其主要的首選方法仍然是以改善水輪機(jī)的泄水形態(tài)為第一要?jiǎng)?wù)，與此同時(shí)需要適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合補(bǔ)氣的方法。另外，尾水管壓力脈動(dòng)變化會(huì)隨著工程的變化而顯示出不同的運(yùn)行特征，那么不同的特征區(qū)域就會(huì)顯示不同的頻率，需要相關(guān)工作人員多加注意。

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