大型水輪機(jī)頂蓋振動(dòng)傳感器安裝位置對(duì)比分析

彭 兵，李友平，曹長(zhǎng)沖，尹永珍，司漢松

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司技術(shù)研究中心，湖北 宜昌 443002）

水輪機(jī)及水泵

大型水輪機(jī)頂蓋振動(dòng)傳感器安裝位置對(duì)比分析

彭 兵，李友平，曹長(zhǎng)沖，尹永珍，司漢松

（中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司技術(shù)研究中心，湖北 宜昌 443002）

本文通過(guò)對(duì)大型水輪機(jī)頂蓋振動(dòng)數(shù)據(jù)分析，研究傳感器安裝位置因素對(duì)數(shù)據(jù)采集可靠性的影響。對(duì)比分析不同安裝位置振動(dòng)傳感器采集的數(shù)據(jù)后，發(fā)現(xiàn)靠近頂蓋幾何形心的內(nèi)部和遠(yuǎn)離振動(dòng)源的頂蓋上部位置的傳感器采集數(shù)據(jù)能夠真實(shí)反映頂蓋振動(dòng)情況。

水輪機(jī)；頂蓋；振動(dòng)傳感器；安裝位置

0 前言

大型水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑較大，其頂蓋具有較特殊的結(jié)構(gòu)[1]。雖然制造廠商采取了多種措施增加頂蓋的剛度，但是由于直徑較大，頂蓋整體形狀呈薄圓盤狀，距離幾何形心不同位置處的測(cè)點(diǎn)形變量不一樣[2,3]。因此，在不同位置測(cè)量到的振動(dòng)情況也不一樣。什么位置的振動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)最能夠真實(shí)反映水輪機(jī)頂蓋振動(dòng)情況？這對(duì)水輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行具有重大影響。所以，有必要研究一下傳感器安裝位置對(duì)頂蓋振動(dòng)測(cè)量的影響。

1 監(jiān)測(cè)分析實(shí)例1

1.1 機(jī)組及頂蓋振動(dòng)測(cè)點(diǎn)基本情況

在金沙江下游某水電站某臺(tái)機(jī)組頂蓋上安裝了三個(gè)水平振動(dòng)傳感器，對(duì)其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。傳感器安裝在頂蓋的+Y方向，如圖1所示，傳感器位置分別是：內(nèi)部上、內(nèi)部下和遠(yuǎn)端。

表1 實(shí)例1機(jī)組及頂蓋振動(dòng)測(cè)點(diǎn)主要參數(shù)

1.2 測(cè)試情況及分析

根據(jù)實(shí)例1機(jī)組的數(shù)據(jù)分析，內(nèi)部上振動(dòng)傳感器所采數(shù)據(jù)的一致性較好。

內(nèi)部上振動(dòng)傳感器所采數(shù)據(jù)隨負(fù)荷的變化情況是：在200～300MW出現(xiàn)振動(dòng)最大值，最大值83～300um；在400～500MW出現(xiàn)第二峰值，但峰值小于90um，之后隨負(fù)荷增加逐漸下降。該位置水平和垂直測(cè)點(diǎn)比較，變化趨勢(shì)一致。

內(nèi)部下振動(dòng)傳感器所采數(shù)據(jù)隨負(fù)荷的變化情況是：在200～300MW出現(xiàn)第一次峰值，最大值120～330um；在400～500MW出現(xiàn)第二次峰值，最大值140～175um；水頭93.07～106.35m范圍內(nèi)，400～500MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)振動(dòng)最大值，均超過(guò)150um；該位置水平和垂直測(cè)點(diǎn)比較，變化趨勢(shì)不一致。綜合以上情況，該位置傳感器不在正常工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)可信度較差。

圖1 實(shí)例1頂蓋振動(dòng)傳感器安裝位置圖

遠(yuǎn)端振動(dòng)傳感器所采數(shù)據(jù)隨負(fù)荷的變化情況是：水平方向測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)明顯，在200～300MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)振動(dòng)最大值，最大值在200～900um；在400～500MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)第二峰值，峰值小于140um，之后隨負(fù)荷增加逐漸下降。垂直方向測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)變化雜亂，說(shuō)明傳感器已失效。綜合以上情況，該位置傳感器不在正常工作狀態(tài)，數(shù)據(jù)可信度較差。

綜合上述情況，小結(jié)如下：

（1）對(duì)不同位置的振動(dòng)數(shù)據(jù)比較，內(nèi)部上振動(dòng)傳感器所采數(shù)據(jù)趨勢(shì)性強(qiáng)，內(nèi)部下振動(dòng)傳感器所采數(shù)據(jù)趨勢(shì)性次之，遠(yuǎn)端振動(dòng)傳感器所采數(shù)據(jù)趨勢(shì)性最弱。

（2）對(duì)不同位置的振動(dòng)數(shù)據(jù)比較，內(nèi)部上位置處振動(dòng)較小，內(nèi)部下位置處振動(dòng)較大，遠(yuǎn)端位置處振動(dòng)最大。

（3）對(duì)相同位置的振動(dòng)數(shù)據(jù)比較，垂直方向振動(dòng)大于水平方向振動(dòng)。內(nèi)部上振動(dòng)傳感器所采數(shù)據(jù)垂直振動(dòng)最大值達(dá)350um，而水平振動(dòng)最大值300um。內(nèi)部下和遠(yuǎn)端垂直方向振動(dòng)由于振動(dòng)幅值大，傳感器已失效。

圖2 實(shí)例1頂蓋振動(dòng)幅值隨有功變化趨勢(shì)圖

2 監(jiān)測(cè)分析實(shí)例2

2.1 機(jī)組基本情況

在金沙江下游另一水電站某臺(tái)機(jī)組頂蓋上安裝了8個(gè)振動(dòng)傳感器，對(duì)其采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。傳感器分為兩組，分別安裝在頂蓋的+X方向和+Y方向。兩組傳感器安裝位置類似，如圖3所示，傳感器位置分別是：外部水平、外部垂直、內(nèi)部水平和內(nèi)部垂直。

表2 實(shí)例2機(jī)組及頂蓋振動(dòng)測(cè)點(diǎn)主要參數(shù)

圖3 實(shí)例2振動(dòng)傳感器安裝位置圖

2.2 測(cè)試情況及分析

根據(jù)實(shí)例2機(jī)組的數(shù)據(jù)分析，頂蓋內(nèi)部振動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的一致性較好。

頂蓋+X方向內(nèi)部振動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)隨負(fù)荷的變化情況是：在100～200MW出現(xiàn)振動(dòng)最大值，最大值19～48um；在400～500MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)第二峰值，峰值小于15um；之后隨負(fù)荷增加逐漸下降；負(fù)荷超過(guò)700MW后，振動(dòng)有增大趨勢(shì)。該位置水平和垂直測(cè)點(diǎn)比較，變化趨勢(shì)一致。垂直方向振動(dòng)大于水平方向振動(dòng)，頂蓋內(nèi)部振動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)垂直振動(dòng)最大值達(dá)103um。

頂蓋+X方向外部振動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)隨負(fù)荷的變化情況是：水平方向測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)趨勢(shì)明顯，在50～200MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)振動(dòng)最大值，最大值在100～250um；在300～400MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)第二峰值，峰值小于100um；之后隨負(fù)荷增加逐漸下降；負(fù)荷超過(guò)700MW后，振動(dòng)有增大趨勢(shì)。垂直方向測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)在200～300MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)振動(dòng)最大值，最大值在150～550um；在300～400MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)第二峰值，峰值小于150um；之后隨負(fù)荷增加逐漸下降；負(fù)荷超過(guò)700MW后，振動(dòng)有增大趨勢(shì)。該位置水平和垂直測(cè)點(diǎn)比較，變化趨勢(shì)一致。垂直方向振動(dòng)大于水平方向振動(dòng)，頂蓋內(nèi)部振動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)垂直振動(dòng)最大值達(dá)550um。

頂蓋+Y方向內(nèi)部振動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)隨負(fù)荷的變化情況是：在100～200MW出現(xiàn)振動(dòng)最大值，最大值33～73um；在300～500MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)第二峰值，峰值小于10um；之后隨負(fù)荷增加逐漸下降；負(fù)荷超過(guò)700MW后，振動(dòng)有增大趨勢(shì)。該位置水平和垂直測(cè)點(diǎn)比較，變化趨勢(shì)一致。垂直方向振動(dòng)大于水平方向振動(dòng)，頂蓋內(nèi)部振動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)垂直振動(dòng)最大值達(dá)174um。

頂蓋+Y方向外部振動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)隨負(fù)荷的變化情況是：在50～300MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)振動(dòng)最大值，最大值在182～2208um；在400～500MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)第二峰值，峰值小于120um；之后隨負(fù)荷增加逐漸下降；負(fù)荷超過(guò)700MW后，振動(dòng)有增大趨勢(shì)。垂直方向測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)在50～200MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)振動(dòng)最大值，最大值在126～188um；在300～400MW負(fù)荷范圍內(nèi)出現(xiàn)第二峰值，峰值小于45um；之后隨負(fù)荷增加逐漸下降；負(fù)荷超過(guò)700MW后，振動(dòng)有增大趨勢(shì)。該位置水平和垂直測(cè)點(diǎn)傳感器在部分負(fù)荷工況存在失效的情況。

綜合上述情況，小結(jié)如下：

（1）對(duì)不同位置的振動(dòng)數(shù)據(jù)比較，頂蓋內(nèi)部振動(dòng)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)的一致性較好。

（2）對(duì)不同位置的振動(dòng)數(shù)據(jù)比較，內(nèi)部振動(dòng)較小，外部振動(dòng)較大。

（3）對(duì)相同位置的振動(dòng)數(shù)據(jù)比較，垂直方向振動(dòng)大于水平方向振動(dòng)。

圖4 實(shí)例2頂蓋振動(dòng)幅值隨有功變化趨勢(shì)圖

3 結(jié)論

大型水輪機(jī)頂蓋直徑大，不同位置的形變情況不一。在不同位置安裝的振動(dòng)傳感器采集的數(shù)據(jù)情況有差別。通過(guò)對(duì)水輪機(jī)頂蓋振動(dòng)實(shí)例的分析，對(duì)比同一水輪機(jī)頂蓋不同安裝位置振動(dòng)傳感器所采集數(shù)據(jù)情況，得出以下結(jié)論：

（1）對(duì)不同位置的振動(dòng)數(shù)據(jù)比較，頂蓋內(nèi)部振動(dòng)測(cè)點(diǎn)距離頂蓋軸線半徑小，數(shù)據(jù)的一致性較好。

（2）對(duì)不同位置的振動(dòng)數(shù)據(jù)比較，距離頂蓋軸線半徑小的內(nèi)部測(cè)點(diǎn)處振動(dòng)較小，傳感器不容易受到?jīng)_擊的影響；而距離頂蓋軸線半徑大的外部測(cè)點(diǎn)振動(dòng)較大，傳感器受沖擊的影響，容易失效。

（3）對(duì)頂蓋振動(dòng)監(jiān)測(cè)相同位置數(shù)據(jù)比較，垂直方向振動(dòng)大于水平方向振動(dòng)。

[1]朱麗輝, 武賽波. 小灣水電站頂蓋取水試驗(yàn)研究[J]. 大電機(jī)技術(shù)，2013(2)：63-66.

[2] 李德忠，馮正翔，丁仁山, 等. 二灘水電廠各機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性綜合分析[J]. 水電能源科學(xué)，2007(4):79-84.

[3]文習(xí)波，王浩，車軍等. 官地水電站機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性研究[J]. 水電與新能源，2014(7):26-30.

AnAnalysis of Data From Vibration Sensors on Different Installation Positions of A Large Turbine’s Head Cover

PENG Bing, LI Youping, CAO Changchong, YIN Yongzhen, SI Hansong
(Technology & Research Center, China Yangtze Power Company ltd., Yichang 443002, China)

The effect of sensor installation position to the reliability of data sampling on vibration of a large turbine’s head cover is researched in this paper. Analysis on data from vibration sensors at different installation positions show that data from vibration sensors located near geometric centroid of head cover and far away from the vibration source can truely reflect the vibration on the head cover.

turbine; head cover; vibration sensor; installation position

TV741

A

1000-3983(2016)02-0033-04

2015-05-11

彭兵（1978-），2008年畢業(yè)于華中科技大學(xué)，現(xiàn)從事發(fā)電設(shè)備狀態(tài)檢修方面的工作，博士，高級(jí)工程師。

審稿人：趙英男

流體及動(dòng)力機(jī)械教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(西華大學(xué))開(kāi)放課題資助：大型水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)測(cè)量基礎(chǔ)性問(wèn)題研究(szjj2014-047)