淺析水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)2800字

1、淺析水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)2800字 摘 要：對(duì)水電工程中經(jīng)常出現(xiàn)的機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)展分析，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外水電工程的特點(diǎn)，提出了機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題的解決思路和建議。 關(guān)鍵詞：國(guó)際水電工程；水輪機(jī)；機(jī)組振動(dòng)隨著我國(guó)水電建立的不斷開(kāi)展，我國(guó)建立的水輪發(fā)電機(jī)組的水頭、容量不斷增多，機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題日益突出，對(duì)電站的平安運(yùn)行和設(shè)備使用壽命造成了不利影響1。而水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行工況復(fù)雜，振源較多，引起機(jī)組振動(dòng)的因素往往疊加出現(xiàn)，振動(dòng)的測(cè)試、分析與消減難度很大。所以研究機(jī)組振動(dòng)的產(chǎn)生原因、危害和防治具有重要的理論意義和經(jīng)濟(jì)意義。一、水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的產(chǎn)生由于水輪發(fā)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中工況復(fù)雜，所以引起機(jī)組振動(dòng)的原因很多，主

2、要有水力振動(dòng)、電磁振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)。一水力振動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組水力振動(dòng)主要由于機(jī)組出力和水頭波動(dòng)、過(guò)流部件的水壓力脈動(dòng)和調(diào)速器系統(tǒng)震蕩引起的。例如，尾水管渦帶、卡門渦列和狹縫射流誘發(fā)的振動(dòng)都與水壓力脈動(dòng)有關(guān)。二電磁振動(dòng)電磁振動(dòng)主要由設(shè)計(jì)參數(shù)不匹配或是制造、安裝不當(dāng)，造成發(fā)電機(jī)工作時(shí)磁拉力不平衡而產(chǎn)生的機(jī)組振動(dòng)。轉(zhuǎn)子圓度不夠、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)中心偏移或定子鐵芯松動(dòng)都是造成磁拉力不平衡的原因。三機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)主要由轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量不平衡、偏心或軸承間隙調(diào)整不當(dāng)引起。其中轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量不平衡而引起的弓狀盤(pán)旋是機(jī)組振動(dòng)的最常見(jiàn)現(xiàn)象。我們把轉(zhuǎn)子如圖理想化為一質(zhì)密圓盤(pán)來(lái)分析并假定：1、當(dāng)角速度=0時(shí)，圓盤(pán)的幾何中心與回轉(zhuǎn)中

3、心重合；2、忽略轉(zhuǎn)軸的阻尼效應(yīng)；3、由于質(zhì)量分布不均所產(chǎn)生的偏心距重心w至o1的間隔 為e；當(dāng)軸以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于失衡質(zhì)量慣性力的作用，軸將產(chǎn)生彎曲變形，其中心o1獲得撓度y?，F(xiàn)將o、o1、w三點(diǎn)表示在與旋轉(zhuǎn)中心線垂直的A-A平面上如圖c由于不考慮阻尼，o、o1、w將共線，并且伴隨旋轉(zhuǎn)的離心力作用帶動(dòng)圓盤(pán)轉(zhuǎn)軸產(chǎn)生彎曲變形，其中心o作圓周運(yùn)動(dòng)。這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為弓狀盤(pán)旋，幾何中心的回轉(zhuǎn)半徑撓度就是振幅。作用于圓盤(pán)上的離心力P=my+e2 式中m為圓盤(pán)質(zhì)量由于軸的彎曲變形而作用在圓盤(pán)上的彈性恢復(fù)力為kyk為彈性系數(shù)。對(duì)于穩(wěn)定的弓狀盤(pán)旋，上述二力必須相等。my+e2=ky即：y=me2/k-m2 1

4、上式說(shuō)明：1回轉(zhuǎn)半徑隨偏心距的增大而增大；2回轉(zhuǎn)半徑是角速度的函數(shù)。即：y=f當(dāng)k-m2=0，即=時(shí)，y，在理論上軸將折斷，但實(shí)際上由于存在軸承的限制作用和其他一些因素的影響，最終出現(xiàn)軸的劇烈振動(dòng)。這一角速度稱為臨界角速度，并以c表示。c可以用每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)表示如下：2我們知道，質(zhì)量彈簧系統(tǒng)的自振頻率=圓盤(pán)與軸組成的系統(tǒng)，同樣可以看成是一個(gè)簡(jiǎn)單質(zhì)量彈簧系統(tǒng)。因此式2說(shuō)明，n與帶有圓盤(pán)之軸的自振頻率重合：c就是通常所說(shuō)的“臨界轉(zhuǎn)速。當(dāng)軸以臨界轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)時(shí)，將產(chǎn)生劇烈的橫向振動(dòng)，這正是一種共振現(xiàn)象。這種共振對(duì)水力機(jī)組的平安穩(wěn)定運(yùn)行危害非常大，而且最為常見(jiàn)。二、水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的危害劇烈的振動(dòng)會(huì)破壞機(jī)組

5、的正常工作狀況，導(dǎo)致轉(zhuǎn)動(dòng)部件和靜止部件之間的摩擦加劇影響零部件使用壽命。經(jīng)常性的振動(dòng)還能引起金屬疲勞，使各連接處和接合處發(fā)生松動(dòng)，導(dǎo)致部件出現(xiàn)裂紋甚至斷裂2。當(dāng)振源頻率與機(jī)組或廠房固有頻率接近引起共振時(shí)，可能引起機(jī)組解列甚至水工建筑損壞。假如振動(dòng)值長(zhǎng)期超過(guò)振動(dòng)允許值，不僅對(duì)機(jī)組正常運(yùn)行不利，更將危及電站平安運(yùn)行。由此可見(jiàn)，減小機(jī)組振動(dòng)對(duì)于進(jìn)步機(jī)組運(yùn)行的可靠性和延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命具有重大意義1，2。三、水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的防治一振動(dòng)的防治根據(jù)以上對(duì)機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的原因的分析可知，有些機(jī)組振動(dòng)是可以消除的，但有些機(jī)組振動(dòng)是不可防止的。因此，我們只能盡可能的把機(jī)組振動(dòng)限制在一定范圍內(nèi)。機(jī)組在安裝或檢修后

6、必須進(jìn)展試運(yùn)轉(zhuǎn)，我國(guó)根據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的工程經(jīng)歷規(guī)定了在額定轉(zhuǎn)速下對(duì)振動(dòng)進(jìn)展測(cè)量其測(cè)量部位及振動(dòng)允許值并收入標(biāo)準(zhǔn)?GB/T8564-2022 水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)?。為理解機(jī)組的振動(dòng)值大小和分析振動(dòng)產(chǎn)生的原因，現(xiàn)?穌穸?測(cè)試得到了普遍應(yīng)用。振動(dòng)測(cè)試為保證機(jī)組振動(dòng)值在允許值范圍內(nèi)和解決振動(dòng)問(wèn)題提供了根據(jù)3。在機(jī)組安裝完成后，根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)可分析振動(dòng)產(chǎn)生的原因并采取相應(yīng)的措施。下面簡(jiǎn)單介紹下工程實(shí)際中一些常見(jiàn)的防止或減輕、消除機(jī)組振動(dòng)的方法：1、機(jī)組設(shè)計(jì)時(shí)采取措施，盡量減小磁軛不均勻產(chǎn)生的徑向位移，優(yōu)化接線方式，減小次諧波的值；2、根據(jù)轉(zhuǎn)動(dòng)部件在水中的模態(tài)和頻率，應(yīng)用斷裂力學(xué)預(yù)測(cè)部件的疲勞破壞4；3、在

7、制造、安裝過(guò)程中嚴(yán)格把控定子、轉(zhuǎn)子的圓度及同心度；4、進(jìn)步制造、安裝質(zhì)量，減小誤差，保證機(jī)組支承件有足夠的強(qiáng)度；5、對(duì)因轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，產(chǎn)生弓狀盤(pán)旋而引起的振動(dòng)，大、中型低轉(zhuǎn)速機(jī)組可以在轉(zhuǎn)子組裝前對(duì)磁極、輪轂支臂、磁軛壓板、制動(dòng)閘板、磁極引線稱重，進(jìn)展靜平衡計(jì)算。并在磁軛鐵片迭裝前按標(biāo)準(zhǔn)要求對(duì)磁軛鐵片按重量進(jìn)展分類，并按分類情況編制磁軛鐵片堆積表，按表堆積。磁軛組裝完成后，根據(jù)堆積情況和每個(gè)磁極重量，掛裝位置計(jì)算轉(zhuǎn)子整體不平衡重量，如不平衡重量仍超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)要求，那么需要在相應(yīng)位置進(jìn)展配重，并進(jìn)展動(dòng)平衡試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整配重，以減小或消除由于轉(zhuǎn)子靜不平衡所產(chǎn)生的振動(dòng)；6、對(duì)由于主軸出現(xiàn)不同心或

8、折線而引起的振動(dòng)，可在盤(pán)車是著重控制進(jìn)展調(diào)整；7、對(duì)因發(fā)電機(jī)磁拉力不均勻引起機(jī)組振動(dòng)，可通過(guò)軸線調(diào)整使發(fā)電機(jī)空氣間隙均勻來(lái)消除或減小磁拉力不均勻引起機(jī)組振動(dòng)；8、對(duì)因?qū)лS承間隙過(guò)大、推力軸承各支柱變形值偏向過(guò)大而引起機(jī)組振動(dòng)，可通過(guò)調(diào)整導(dǎo)軸瓦間隙和調(diào)整推力軸承各支柱受力來(lái)減小機(jī)組振動(dòng)；9、在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，將機(jī)組振動(dòng)測(cè)試運(yùn)用到振動(dòng)分析中，增強(qiáng)決策的根據(jù)5。參考文獻(xiàn)：1董毓新.水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)M.大連理工大學(xué)出版社，19892李啟章.對(duì)大型機(jī)組振動(dòng)、裂紋問(wèn)題的討論J.水電站機(jī)電技術(shù)，2022s1：17-193黃長(zhǎng)征，李錦.水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)技術(shù)研究J.韶關(guān)學(xué)院學(xué)報(bào)2022，3412：30-354 LIU Xiao-bing，CAO Shu-you.Numerical prediction of vortex fl