影響燈泡貫流式機(jī)組振動(dòng)的因素與建議

國(guó)家電投江西電力有限公司洪門(mén)水電廠 江西 鷹潭 335000

1 引言

水力發(fā)電是清潔型可再生能源，在當(dāng)前的節(jié)能環(huán)保可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中得到越來(lái)越多的重視。隨著水利發(fā)電項(xiàng)目的增多，發(fā)電機(jī)組設(shè)備運(yùn)行管理的問(wèn)題成為發(fā)電企業(yè)關(guān)注和研究的重要內(nèi)容。本文談了燈泡貫流式機(jī)組的振動(dòng)問(wèn)題，希望給相關(guān)人士參考。

2 燈泡貫流式機(jī)組的支撐特點(diǎn)

燈泡貫流式機(jī)組的構(gòu)造特點(diǎn)是外面是燈泡型的薄殼外壓容器。因此發(fā)電機(jī)組除了要支撐本身的重量以外，還要承受外界環(huán)境中水流的壓力、推動(dòng)力、浮力等負(fù)載。為了提高機(jī)組的整體支撐力，燈泡貫流式機(jī)組的管型底座連接大壩基礎(chǔ)，使機(jī)組的負(fù)載通過(guò)管型底座傳遞到大壩。燈泡頭部定子外殼的下部設(shè)置垂直球面的輔助支撐，同時(shí)在外殼的兩側(cè)分別設(shè)置水平球面的輔助支撐，通過(guò)不同位置不同方向的輔助支撐使得燈泡貫流式機(jī)組的整體支撐力更強(qiáng)。

3 燈泡貫流式機(jī)組振動(dòng)因素

機(jī)組氣蝕：當(dāng)液體氣化發(fā)育成空穴時(shí)會(huì)破壞液相流體的連續(xù)性，此時(shí)當(dāng)空穴進(jìn)入到壓力較低的區(qū)域時(shí)，就會(huì)逐漸生成大型氣泡，這些大型氣泡被流體攜帶到壓力高于臨界值的區(qū)域時(shí)，氣泡破滅，隨之引起空蝕。因機(jī)組槳葉葉片外邊緣和轉(zhuǎn)輪腔室之間存在縫隙，這些縫隙區(qū)域很容易發(fā)生空蝕，槳葉葉片處于高低壓循環(huán)過(guò)程中，對(duì)轉(zhuǎn)輪室內(nèi)壁產(chǎn)生周期性的壓力波動(dòng)，引起機(jī)組振動(dòng)。

卡門(mén)渦列：卡門(mén)渦列的存在伴隨著交替性旋轉(zhuǎn)，在渦列不斷形成和消失的過(guò)程中，機(jī)組設(shè)備與液體流動(dòng)方向極容易產(chǎn)生垂直交變的振動(dòng)力，在這一振動(dòng)力的作用下，設(shè)備振動(dòng)頻率會(huì)與漩渦的頻率趨同化。在水電機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中，槳葉和導(dǎo)葉極容易磨損產(chǎn)生鈍尾現(xiàn)象，是容易出現(xiàn)卡門(mén)渦列的部位，當(dāng)出現(xiàn)卡門(mén)渦列時(shí)，槳葉或?qū)~的葉片尾部受到交變的振動(dòng)力，繼而發(fā)生同頻共振。

參數(shù)設(shè)置：燈泡貫流式發(fā)電機(jī)組采用的槳葉導(dǎo)葉運(yùn)行方式是雙重調(diào)節(jié)的方式。如果兩種葉片的參數(shù)設(shè)置不合理，就會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組的出力受到限制，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)組最優(yōu)的運(yùn)行工況。只有將導(dǎo)葉和槳葉的參數(shù)進(jìn)行協(xié)同，才能是水輪機(jī)的槳葉和導(dǎo)葉開(kāi)度更好地適應(yīng)發(fā)電機(jī)組負(fù)荷變化，這樣才能使水輪發(fā)電機(jī)的水力損失最小，使發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行工況更接近最優(yōu)工況。但在實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行中，漿液和導(dǎo)葉的參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，難以形成協(xié)同性，水流對(duì)對(duì)和轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生較大沖擊，槳葉角度不斷變化，隨之產(chǎn)生的葉片扭矩也發(fā)生變化，這是導(dǎo)致機(jī)組徑向振動(dòng)的主要原因。

其他原因：除了上述原因以外，水輪發(fā)電機(jī)組在低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)下，由于轉(zhuǎn)輪葉片的沖角角度變化增大，因此會(huì)造成葉片運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)烈漩渦，引發(fā)機(jī)組氣蝕，這樣的情況也會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)組尾水管和轉(zhuǎn)動(dòng)部件的振動(dòng)。另外，當(dāng)發(fā)電機(jī)組的上游下游水位波動(dòng)差出現(xiàn)較大變化時(shí)，或者上游攔污設(shè)施清理不及時(shí)出現(xiàn)堵塞，導(dǎo)致上下游壓力差加大，以及發(fā)電機(jī)組調(diào)速器水頭設(shè)置的情況偏離實(shí)際情況，這些原因也會(huì)引起發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障。

4 燈泡貫流式機(jī)組振動(dòng)的處理建議

針對(duì)上述燈泡貫流式發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的原因，在實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)行中，工作人員可采取以下處理措施：

首先，燈泡貫流式發(fā)電機(jī)組應(yīng)盡量避免做動(dòng)態(tài)控制。根據(jù)實(shí)際的發(fā)電機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，當(dāng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行處于相對(duì)靜態(tài)的工況時(shí)，此時(shí)水力流態(tài)處于正常的狀態(tài)，同時(shí)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷平穩(wěn)，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性為機(jī)組的生產(chǎn)效率提供了有力條件。當(dāng)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行處于相對(duì)激烈的工況時(shí)，此時(shí)水力流態(tài)處于激烈不穩(wěn)定的狀態(tài)，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行負(fù)荷需要進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)節(jié)，因而這種狀態(tài)下的發(fā)電機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性差，機(jī)組振動(dòng)變得明顯，對(duì)發(fā)電機(jī)組設(shè)備使用壽命和生產(chǎn)效益不利。根據(jù)國(guó)家電力監(jiān)管部門(mén)的規(guī)定，貫流式機(jī)組關(guān)于AGC方面的功能強(qiáng)制性要求已經(jīng)取消了，因此，對(duì)于水電企業(yè)來(lái)說(shuō)，燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組可以盡量減少負(fù)荷的波動(dòng)，避免負(fù)荷波動(dòng)做出的適應(yīng)性調(diào)節(jié)，從而降低發(fā)電機(jī)組參與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)控制和負(fù)荷頻繁調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)而引發(fā)的振動(dòng)事故發(fā)生頻率。

其次，燈泡貫流式發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)盡可能避開(kāi)振動(dòng)區(qū)，這就要求機(jī)組各個(gè)設(shè)備在協(xié)聯(lián)的工況下運(yùn)行。由于發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，水利振動(dòng)和機(jī)組自身的振動(dòng)是無(wú)法絕對(duì)避免的，因此只能增強(qiáng)機(jī)組各個(gè)設(shè)備運(yùn)行的同步頻率，通過(guò)調(diào)整各個(gè)設(shè)備運(yùn)行的協(xié)同性，優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，避免機(jī)組進(jìn)入到運(yùn)行振動(dòng)區(qū)。通常采用的辦法是采用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)發(fā)電機(jī)組設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，通過(guò)實(shí)時(shí)收集發(fā)電機(jī)組振動(dòng)情況的數(shù)據(jù)信息，便于供技術(shù)人員進(jìn)行分析，根據(jù)發(fā)電機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行機(jī)理和運(yùn)行特點(diǎn)做出決策。如當(dāng)監(jiān)測(cè)到發(fā)電機(jī)組軸承出現(xiàn)異常振動(dòng)信號(hào)時(shí)，技術(shù)人員可通過(guò)適當(dāng)降低運(yùn)行負(fù)荷的辦法來(lái)減小振動(dòng)。還可以適當(dāng)增加漿葉開(kāi)度，使槳葉周邊的異物被沖走，提高槳葉運(yùn)行通暢率，減少振動(dòng)。通過(guò)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)異常信息，及時(shí)調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，使發(fā)電機(jī)組離開(kāi)振動(dòng)區(qū)，保障發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的安全性和平穩(wěn)性，延長(zhǎng)發(fā)電機(jī)組的壽命并提高發(fā)電效率。

其三，加強(qiáng)燈泡貫流式發(fā)電機(jī)組的日常檢修。注意檢查機(jī)組設(shè)備中容易出現(xiàn)振動(dòng)的部位，采取專(zhuān)業(yè)的檢測(cè)儀表設(shè)備對(duì)水電機(jī)組設(shè)備或部件進(jìn)行進(jìn)行探傷的檢測(cè)，確保發(fā)電機(jī)組設(shè)備部件正常無(wú)損，避免發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)事故。定期做好河道清渣工作，提高對(duì)攔污設(shè)施雜物清理的頻率或采用自動(dòng)清渣設(shè)備，減少河道污渣進(jìn)入到機(jī)組生產(chǎn)區(qū)域，避免引起機(jī)組振動(dòng)故障。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的是否安全和平穩(wěn)直接關(guān)系到發(fā)電機(jī)組設(shè)備的使用壽命以及發(fā)電企業(yè)的生產(chǎn)效益。在實(shí)際的生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)電企業(yè)及技術(shù)人員應(yīng)充分重視水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)異常，通過(guò)對(duì)引起發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的影響因素進(jìn)行分析，研究和制定發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的處理和防控策略，如此，才能更好地減少燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障，提升設(shè)備運(yùn)行的安全性。