淺議水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)、擺度測(cè)量及在線診斷探討

楊永

摘 要：? 隨著經(jīng)濟(jì)和科技水平的快速發(fā)展，水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生超出允許范圍的振動(dòng)，將對(duì)機(jī)組帶來(lái)很大的危害，如在機(jī)組零部件及焊縫之間產(chǎn)生疲勞破壞區(qū)等，使機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的原因有很多，在實(shí)際工作中，為預(yù)防振動(dòng)，需針對(duì)不同產(chǎn)生原因，根據(jù)振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理，采取有效的預(yù)防技術(shù)措施，比如針對(duì)由水力不穩(wěn)引起的振動(dòng)，應(yīng)通過對(duì)水力的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)預(yù)防和處理。此外，磁拉力不平衡和軸線不直也會(huì)造成振動(dòng)，對(duì)此，應(yīng)采取有效措施來(lái)預(yù)防和處理。

關(guān)鍵詞：? 水輪發(fā)電機(jī)組;振動(dòng)故障;診斷技術(shù)

【中圖分類號(hào)】TV730.7? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B? ? ?【文章編號(hào)】1674-3733（2020）06-0181-01

引言：近幾年，我國(guó)電力事業(yè)取得了較好的發(fā)展，同時(shí)對(duì)于發(fā)電設(shè)備的質(zhì)量也提出了更好的要求。水輪發(fā)電機(jī)就是比較常見的發(fā)電設(shè)備之一，通過應(yīng)用水輪發(fā)電機(jī)組，能夠更好的滿足發(fā)電方面的要求，提供優(yōu)質(zhì)的用電服務(wù)。然而，由于一些因素的影響，會(huì)使得水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)故障問題，故障問題的產(chǎn)生嚴(yán)重影響了水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行，難以保證發(fā)電的質(zhì)量。為此，針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障問題就要加以分析，同時(shí)還要積極的探尋其中的振動(dòng)故障診斷技術(shù)，以便更好的提高診斷水平，取得精準(zhǔn)的故障診斷結(jié)果，方便進(jìn)行維修處理。

1 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的特點(diǎn)

水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障是眾多常見故障問題中的一種，也具有一定的故障特點(diǎn)。實(shí)際上，在發(fā)電機(jī)運(yùn)行的過程中，不同程度的振動(dòng)常常會(huì)發(fā)生，而輕微的機(jī)械振動(dòng)也是被允許的。然而，當(dāng)振動(dòng)幅度超過了一定范圍時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)故障問題。針對(duì)振動(dòng)故障問題而言，因?yàn)椴煌b置的軸承形式以及額定轉(zhuǎn)速不同，發(fā)電機(jī)組每個(gè)部位振動(dòng)大小也不一樣。所以，其故障特點(diǎn)的分析極為關(guān)鍵。在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的過程中，會(huì)呈現(xiàn)出一些特殊性，與常見的動(dòng)力機(jī)械相比，水輪發(fā)電機(jī)的工作就比較特殊，具有復(fù)雜性，除了要考量本身旋轉(zhuǎn)方面的振動(dòng)因素外，還要考慮機(jī)組固定選裝部分、水輪機(jī)組部件等方面所帶來(lái)的振動(dòng)影響。而且發(fā)電機(jī)電磁也會(huì)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)以及各系統(tǒng)的運(yùn)行產(chǎn)生振動(dòng)方面的影響。

2 振動(dòng)危害

對(duì)于一般振動(dòng)，并不會(huì)對(duì)機(jī)組造成危害，但如果振動(dòng)超出了允許范圍，特別是長(zhǎng)時(shí)間的振動(dòng)與共振，將對(duì)發(fā)電的質(zhì)量、機(jī)組設(shè)備壽命、各附屬設(shè)備與儀器、基礎(chǔ)與周邊建筑造成很大影響，甚至帶來(lái)十分嚴(yán)重的危害，這些危害主要包括以下幾個(gè)方面：（1）在機(jī)組零部件及焊縫之間產(chǎn)生疲勞破壞區(qū)，且這一區(qū)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大，導(dǎo)致裂紋的產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)，將造成斷裂損壞[1]。（2）機(jī)組上某些緊固件由于振動(dòng)變松，除了會(huì)使這些緊固件產(chǎn)生斷裂，還會(huì)加劇與其相連的部分的振動(dòng)，使損壞速度加快，縮短使用壽命。（3）增加機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)磨損，比如大軸發(fā)生劇烈擺動(dòng)，導(dǎo)致軸和軸瓦大幅溫升，最終燒毀;又比如發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子產(chǎn)生劇烈振動(dòng)，使滑環(huán)和電刷之間的磨損加劇，溫度大幅升高，將軸瓦燒毀，同時(shí)還會(huì)使電刷上的火花大量增加。（4）在尾水管中，渦流將產(chǎn)生一定脈動(dòng)壓力，導(dǎo)致過水系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的振蕩，在尾水管壁上出現(xiàn)若干裂縫，當(dāng)情況比較嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)使尾水設(shè)施被嚴(yán)重破壞。

3 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障的主要診斷技術(shù)方法

3.1 硅壓阻式壓力變送器

硅壓阻式壓力變送器的敏感芯片利用半導(dǎo)體材料的壓阻效應(yīng)，在硅基片上，用集成電路工藝技術(shù)擴(kuò)散4個(gè)等值應(yīng)變電阻，組成惠斯登電橋，使形變與橋阻變化形成一一對(duì)應(yīng)的比例關(guān)系，集成信號(hào)放大轉(zhuǎn)換線路將敏感芯片輸出的比例關(guān)系初始信號(hào)依照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)放大處理轉(zhuǎn)換，輸出工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。當(dāng)被測(cè)壓力作用到變送器的不銹鋼膜片上時(shí)，通過不銹鋼膜片與敏感芯片之間注入的硅油，把壓力傳遞到敏感芯片上。芯片通過導(dǎo)線與專用線路（變送器）連接。由于敏感芯片輸出的電信號(hào)與作用壓力有著良好的線性關(guān)系，所以，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力的準(zhǔn)確測(cè)量。適用于對(duì)316不銹鋼無(wú)蝕害的任何介質(zhì)測(cè)量。廣泛用于石油、冶金、電力、水利等領(lǐng)域液體和氣體的自動(dòng)檢測(cè)與控制系統(tǒng)。

3.2 水力失衡控制

水流在具備位能與動(dòng)能之后，將在蝸殼作用下產(chǎn)生環(huán)流，之后轉(zhuǎn)輪由于受到導(dǎo)葉持續(xù)作用（包括固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉，但無(wú)論哪一種導(dǎo)葉，其分布均保持均勻）而開始旋轉(zhuǎn)。因加工與安裝無(wú)法避免誤差的產(chǎn)生，導(dǎo)致導(dǎo)水葉的流道及葉片，在形狀和尺寸等方面存在很大的差別，直接或間接作用在轉(zhuǎn)輪上的水流，如果失去軸對(duì)稱，將產(chǎn)生不平衡的橫向作用力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪發(fā)生振動(dòng)，這一振動(dòng)在空載狀態(tài)和低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)更為強(qiáng)烈。針對(duì)由這一原因造成的振動(dòng)，可采用以下措施來(lái)預(yù)防和處理：從加工和安裝兩個(gè)環(huán)節(jié)入手，盡可能減小誤差，避免流道與葉片在形狀和尺寸上產(chǎn)生較大的差別。除以上原因外，磁拉力不平衡和軸線不直也會(huì)造成振動(dòng)，電機(jī)中，定子和轉(zhuǎn)子間存在的不均勻氣隙將使兩者間產(chǎn)生不均衡磁拉力，即便定、轉(zhuǎn)子表面十分規(guī)則，機(jī)組當(dāng)中因軸系產(chǎn)生變形將導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心，進(jìn)而導(dǎo)致磁拉力不平衡。導(dǎo)致單邊磁拉力的原因?yàn)檗D(zhuǎn)子相對(duì)于定子發(fā)生偏心，這一般和加工與安裝過程中產(chǎn)生的誤差、軸承磨損及轉(zhuǎn)子撓度等有關(guān)。對(duì)此，應(yīng)保證加工與安全精度，減小軸承的磨損與轉(zhuǎn)子撓度。

3.3 利用振動(dòng)部位診斷故障

振動(dòng)部位是判別振動(dòng)原因的重要部分，利用振動(dòng)部位診斷故障十分重要，在長(zhǎng)期累積經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)下，機(jī)組振動(dòng)部位各不相同，可以根據(jù)不同的振動(dòng)部位了解振動(dòng)原因。利用振動(dòng)部位診斷故障需要做到以下幾點(diǎn)，第一，如果存在水導(dǎo)軸承處振動(dòng)明顯大于其他部位的情況時(shí)，則可能存在蝸殼，轉(zhuǎn)輪及導(dǎo)葉水力不平衡的情況，引起機(jī)組的振動(dòng)。第二，如果上機(jī)架處振動(dòng)較為明顯，則多半是機(jī)組推力軸承存在缺陷，記住軸線曲折，中心存在缺陷與故障等。第三，如果轉(zhuǎn)輪葉存在線型差異，尾水管產(chǎn)生偏心蝸帶等，同樣會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)，在尾水管頂部，壓力鋼管等部位均可測(cè)到明顯振動(dòng)，從而有效通過振動(dòng)部位進(jìn)行故障的診斷。

結(jié)語(yǔ)：在如今水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的過程中，往往要求人們能夠提高對(duì)于故障問題的重視，由于人為、環(huán)境等因素的影響，難免會(huì)出現(xiàn)故障問題，如果不能進(jìn)行有效的診斷，就難以發(fā)揮出水輪發(fā)電機(jī)組的正常租用。所以，加強(qiáng)水輪發(fā)電機(jī)組的故障診斷具有重要的意義。

參考文獻(xiàn)

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