九峰輔助電站水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問題的分析與處理

徐澤強(qiáng)，朱勇軍

(浙江金輪機(jī)電實(shí)業(yè)有限公司，浙江金華321000)

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九峰輔助電站水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問題的分析與處理

徐澤強(qiáng)，朱勇軍

(浙江金輪機(jī)電實(shí)業(yè)有限公司，浙江金華321000)

九峰輔助電站機(jī)組存在不規(guī)律振動(dòng)現(xiàn)象，通過詳細(xì)的計(jì)算分析，采用避開其模型特性曲線左下角運(yùn)行區(qū)域的方法成功消除了設(shè)備故障。圖2幅。

水電站機(jī)組；振動(dòng)；模型特性曲線；計(jì)算

1　電站概況

浙江省金華市九峰水庫位于錢塘江上游衢江的支流厚大溪上，距金華城區(qū)35 km。九峰輔助電站位于九峰水庫大壩下游約500 m處的右岸，發(fā)電廠主廠房左側(cè)。輔助電站的引水隧洞主要功能是為下游灌區(qū)供水及生態(tài)供水，要求的放水量為1 m3/s左右；在生態(tài)供水的同時(shí)，為了充分利用水力資源，在保證水庫下游人民群眾生活、生產(chǎn)用水需求的條件下還要兼顧發(fā)電興利。

九峰輔助電站的額定水頭為42.5 m，主設(shè)備為HLA678—WJ—50水輪機(jī)，配SFW400—6/850發(fā)電機(jī)。機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速為1 000 rpm，額定流量為1.14 m3/s,額定出力為400 kW。

2　問題的出現(xiàn)

在交付正常運(yùn)行3個(gè)月后，水輪發(fā)電機(jī)組突然出現(xiàn)無規(guī)律的振動(dòng)現(xiàn)象，即機(jī)組在不同的運(yùn)行工況下正常運(yùn)行時(shí)，都發(fā)生過振動(dòng)現(xiàn)象。振動(dòng)發(fā)生時(shí)，一旦改變運(yùn)行工況，先減小機(jī)組出力，再調(diào)整回原工況，振動(dòng)會暫時(shí)消除。這種振動(dòng)現(xiàn)象的發(fā)生和時(shí)間間隙也沒有規(guī)律，有時(shí)間隔幾小時(shí)，有時(shí)間隔幾天或幾星期。一旦振動(dòng)發(fā)生，伴隨出現(xiàn)水輪機(jī)軸承的溫度上升，如不及時(shí)停機(jī)，甚至?xí)霈F(xiàn)軸瓦燒壞的運(yùn)行事故。經(jīng)電站維修人員和安裝單位及生產(chǎn)廠家技術(shù)人員在現(xiàn)場不斷的進(jìn)行檢查和處理，如通過拆機(jī)檢查確認(rèn)無異物進(jìn)入水輪機(jī)流道、機(jī)組的軸系安裝精度的檢查、軸瓦間隙調(diào)整、主軸聯(lián)軸器彈性圈的更換等，卻始終不能消除振動(dòng)現(xiàn)象。

3　分析與處理

3.1分析

通過研究電站的相關(guān)參數(shù)和運(yùn)行記錄，電站運(yùn)行的水頭為21.94～58.05 m，水頭變幅較大。

(1)在機(jī)組初始運(yùn)行時(shí)，時(shí)處2月底，正處水庫枯水期，輔助電站的實(shí)際運(yùn)行水頭在35～48 m之間。此時(shí)有：

在圖1的A678模型綜合綜合特性曲線中，分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)(見圖1)。

(2)在機(jī)組發(fā)生振動(dòng)時(shí)，正處水庫豐水期。根據(jù)輔助電站運(yùn)行記錄，電站的實(shí)際運(yùn)行水頭在55～58 m之間。則：

在圖1的A678模型綜合綜合特性曲線中，分別為C點(diǎn)和D點(diǎn)。

圖1HLA678—37模型綜合性曲線

由圖1可知，機(jī)組振動(dòng)發(fā)生時(shí)剛好運(yùn)行在圖中粗黑線左下角區(qū)域，此區(qū)域正是該轉(zhuǎn)輪的背面脫流區(qū)。機(jī)組在此工況下運(yùn)行，因轉(zhuǎn)輪脫流引起振動(dòng)的頻率與轉(zhuǎn)輪自身固有的頻率接近或相吻合產(chǎn)生自激振動(dòng)，以致機(jī)組發(fā)生強(qiáng)振。

3.2處理

要避免出現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)的工況運(yùn)行(曲線粗黑線左下角區(qū)域),一個(gè)方法是增大單位流量，另一個(gè)方法是增大單位轉(zhuǎn)速。但這2個(gè)方案在本轉(zhuǎn)輪上是不可能實(shí)現(xiàn)的，只有用其他型號的轉(zhuǎn)輪來替代，同時(shí)新轉(zhuǎn)輪最好導(dǎo)葉高度保持不變而與原轉(zhuǎn)輪(13葉片)具有不同的葉片數(shù)，以改變轉(zhuǎn)輪的固有頻率。經(jīng)多方案比較，選擇HLA855a—WJ—49轉(zhuǎn)輪(15葉片)來作為替代轉(zhuǎn)輪,計(jì)算如下：

(1)當(dāng)輔助電站在35～48 m水頭之間運(yùn)行時(shí)：

在圖2的A855a模型綜合綜合特性曲線中，分別為A點(diǎn)和B點(diǎn)(見圖2)。

(2)當(dāng)輔助電站在55～58 m水頭之間運(yùn)行時(shí)：

在圖2的A855a模型綜合綜合特性曲線中，分別為C點(diǎn)和D點(diǎn)。

圖2A855a模型綜合特性曲線

新方案避免了機(jī)組在特性曲線左下角運(yùn)行，且固有頻率有較大改變，對解決九峰輔助電站機(jī)組振動(dòng)切實(shí)可行。經(jīng)更換HLA855a—WJ—49轉(zhuǎn)輪試運(yùn)行成功后，交付使用已有2 a時(shí)間，再無振動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生。

4　結(jié)　語

混流式水輪機(jī)存在強(qiáng)振區(qū)，特別是在運(yùn)行工況在模型特性曲線左下角區(qū)域。在工程實(shí)踐上，對水頭變幅比較大的項(xiàng)目選型時(shí)，在選擇轉(zhuǎn)輪型號過程中不能一味追求高效率，在全運(yùn)行范圍內(nèi)，還要考慮高水頭小出力時(shí)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

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責(zé)任編輯吳昊

2016-06-17

徐澤強(qiáng)(1985-)，男，工程師，主要從事水輪機(jī)設(shè)計(jì)工作。E_mail:82693356@qq.com