小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)的探討

張瑜+張鐵城

摘 要：對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組這一旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，其自身振動(dòng)的出現(xiàn)直接受到電磁、機(jī)械、水力等多方面因素的影響，而由于振動(dòng)很多時(shí)候會(huì)導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組自身結(jié)構(gòu)的破壞，這就使得水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)監(jiān)測(cè)向來受到業(yè)界重視。在文章就小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組展開的振動(dòng)試驗(yàn)的研究中，通過試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)展開了深入分析，希望這一分析內(nèi)容能夠?yàn)槲覈?guó)水輪發(fā)電機(jī)組的檢修與維護(hù)工作更好展開提供一定理論支持。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；振動(dòng)試驗(yàn)；小型混流式

前言

在本文進(jìn)行的小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)中，選擇了額定功率500kW，建成于上世紀(jì)80年代的某水電站小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組作為試驗(yàn)對(duì)象。之所以選擇小水電機(jī)組作為本文的研究對(duì)象，主要是由于小水電因自身收益較低，很多時(shí)候缺乏對(duì)自身振動(dòng)的監(jiān)測(cè)，這就使得小水電機(jī)組往往帶病運(yùn)行，而為了能夠盡可能避免小水電的水輪發(fā)電機(jī)組因振動(dòng)引發(fā)安全問題，正是本文就小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)展開具體研究的原因所在。

1 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)概述

為了能夠較好完成本文就小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)展開的相關(guān)研究，我們首先需要深入了解水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)。由于水輪發(fā)電機(jī)組本身屬于典型的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，這就使得其本身的運(yùn)行伴隨著不可避免的振動(dòng)存在，而受自身結(jié)構(gòu)影響水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)來源往往更為復(fù)雜，而通過歸納筆者將水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)總結(jié)為水力振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、電磁振動(dòng)三個(gè)方面，這其中的水力振動(dòng)指的是水壓力脈動(dòng)造成水輪機(jī)零部件與機(jī)組震動(dòng)的振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)則是指水輪發(fā)電機(jī)組自身存在的缺陷和故障引起的振動(dòng)、而電磁振動(dòng)則是指發(fā)電機(jī)電磁方面的干擾力引發(fā)的機(jī)組振動(dòng)。對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)來說，振動(dòng)的出現(xiàn)在很大程度上可以與噪音、發(fā)電質(zhì)量降低、機(jī)組壽命降低、機(jī)組可靠性降低等問題的出現(xiàn)劃等號(hào)，由此可見水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問題的嚴(yán)重性[1]。

2 小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)

在本文進(jìn)行的小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)中，選擇了額定功率500kW，建成于上世紀(jì)80年代的某水電站小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組作為試驗(yàn)對(duì)象，這一試驗(yàn)對(duì)象在日常運(yùn)行中存在振動(dòng)異常和加勵(lì)磁后軸承油溫升高的情況，而通過具體試驗(yàn)我們將找出該小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)問題的原因，并進(jìn)行相關(guān)分析與總結(jié)。

2.1 試驗(yàn)系統(tǒng)組成

在本文開展的小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)中，選擇了東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所研發(fā)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要應(yīng)用軟硬件有DASP-V10智能數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理軟件、INV9828型ICP壓電式加速度傳感器、INV3020系列高性能數(shù)據(jù)采集儀、891-Ⅱ型速度傳感器、ZA21系列電渦流傳感器等[2]。

2.2 試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)布置

在具體的小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)的現(xiàn)場(chǎng)布置中，結(jié)合根據(jù)測(cè)量的對(duì)象和環(huán)境、靈敏度要求、精度要求、頻率響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性等現(xiàn)場(chǎng)布置原則，共設(shè)置了5個(gè)測(cè)點(diǎn)用于振動(dòng)試驗(yàn)，并布置了加速度傳感器9個(gè)，速度傳感器3個(gè)、位移傳感器2個(gè)、鍵相傳感器1個(gè)[3]。

2.3 試驗(yàn)工況設(shè)置

在具體的小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)中，共設(shè)置了10個(gè)工況進(jìn)行機(jī)組的大軸擺度和振動(dòng)情況監(jiān)測(cè)，這10個(gè)工況具體表現(xiàn)為開機(jī)和加勵(lì)磁過程、并網(wǎng)過程、加負(fù)荷至額定功率過程、滿負(fù)荷運(yùn)行過程、降至400kW過程、400kW運(yùn)行過程、400kW降至250kW過程、250kW運(yùn)行過程、關(guān)機(jī)過程、靜止?fàn)顟B(tài)。

3 試驗(yàn)分析

3.1 機(jī)組軸心軌跡分析

在結(jié)合小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的機(jī)組軸心軌跡分析中，這一分析的對(duì)象主要為大軸擺度的X-Y圖、大軸擺度的頻域、大軸不平衡點(diǎn)的相位，而通過這一系列分析我們能夠發(fā)現(xiàn)，小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組各工況運(yùn)行時(shí)的軸心軌跡基本呈橢圓形、大軸軸心軌跡范圍有較大偏移，而結(jié)合這一系列分析建議該小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組在日常檢修中重點(diǎn)檢查發(fā)電機(jī)定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外圓之間的氣隙情況，以此保證電磁不平衡拉力的減小[4]。

3.2 上機(jī)架振動(dòng)情況分析

在結(jié)合小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的上機(jī)架振動(dòng)情況分析中，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果我們能夠發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的增大直接導(dǎo)致上機(jī)架三個(gè)方向振動(dòng)幅值隨之增強(qiáng)，而結(jié)合其他試驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)，我們能夠判斷出該小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)幅值的超別主要受導(dǎo)葉開度變化引起的水力因素影響[5]。

3.3 下導(dǎo)軸承振動(dòng)情況分析

而結(jié)合對(duì)小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的下導(dǎo)軸承振動(dòng)情況分析中，通過設(shè)置的3個(gè)加速度傳感器反映的數(shù)據(jù)，我們能夠發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)組導(dǎo)軸承部位的振動(dòng)隨著功率的增大而增大、減小而減小，這就表明這一振動(dòng)源于機(jī)械因素的影響，而其關(guān)機(jī)過程中出現(xiàn)的低頻振動(dòng)則主要源于水力因素和水輪機(jī)制動(dòng)的影響。

3.4 水導(dǎo)軸承振動(dòng)情況分析

在結(jié)合小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的水導(dǎo)軸承振動(dòng)情況分析中，結(jié)合水導(dǎo)軸承處布置的3個(gè)加速度傳感器，我們能夠得出小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組啟動(dòng)時(shí)加勵(lì)磁和并網(wǎng)時(shí)振動(dòng)變化不大，而機(jī)組功率增加時(shí)振動(dòng)則會(huì)隨著增強(qiáng)，而由此我們就能夠得出小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組水導(dǎo)軸承振動(dòng)主要受水力因素影響。

3.5 頂蓋振動(dòng)情況分析

在結(jié)合小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行的頂蓋振動(dòng)情況分析中，結(jié)合水輪發(fā)電機(jī)組頂蓋部位布置的三個(gè)加速度傳感器，我們能夠發(fā)現(xiàn)小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組的功率增大會(huì)相應(yīng)導(dǎo)致振動(dòng)的增強(qiáng)與減弱，而由此我們就能夠得出小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組頂蓋部位振動(dòng)主要受水力因素影響。

3.6 水輪機(jī)各部位振動(dòng)頻譜分析

在結(jié)合小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行水輪機(jī)各部位振動(dòng)頻譜分析中，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果反映的水輪機(jī)上機(jī)架、下導(dǎo)軸承、水導(dǎo)軸承和頂蓋部位的振動(dòng)情況，我們就能夠得出機(jī)組軸線不正或?qū)χ胁涣嫉葯C(jī)械原因、葉輪后產(chǎn)生的低頻渦帶兩方面是小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的主要。值得注意的是，對(duì)于葉輪后產(chǎn)生的低頻渦帶來說，低負(fù)荷區(qū)運(yùn)行渦帶的偏心、導(dǎo)葉開度變化調(diào)節(jié)水輪機(jī)葉片的過流量引起的水力不平衡是其出現(xiàn)的主要原因。

3.7 試驗(yàn)總結(jié)

在小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)中，我們能夠較為全面的了解該發(fā)電機(jī)組振動(dòng)出現(xiàn)的原因，而為了保證小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組較為穩(wěn)定、安全工作，建議該水電站在檢修時(shí)應(yīng)檢查發(fā)電機(jī)定子內(nèi)腔和轉(zhuǎn)子外圓之間的氣隙情況、有針對(duì)性的調(diào)正法蘭聯(lián)軸螺栓對(duì)機(jī)組的軸線進(jìn)行校直，這樣才能夠?qū)⒄駝?dòng)帶來的影響降到最低。

4 結(jié)束語

在本文就小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)展開的研究中，詳細(xì)論述了水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)概述、小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)試驗(yàn)、試驗(yàn)分析等內(nèi)容，而結(jié)合這一系列內(nèi)容我們能夠簡(jiǎn)單了解小型混流式水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)危害與常見振動(dòng)原因，希望這一認(rèn)知能夠?yàn)橄嚓P(guān)水電站的機(jī)組維護(hù)與維修帶來一定啟發(fā)。

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