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水力发电机组运行中振动产生原因的研究
一、水力发电机组振动的危害体现
水力发电机,因其自身的特点以及工作环境的限制,产生振动是不可避免的,振动如果实在发电机设计范围之内,则造成的危害不大,也是发电机正常一定会出现的现象,但是如果振动超过发电机出厂设计范围,则所带来的危险是比较大的,如果不进行治理,发电机很可能失去使用价值或者存在的必要,先就其危害的体现作如下几个分析:
1、会使发电机的各连接部分发生不必要的松动,并使转动部分与相对静止部分发生不必要的摩擦,甚至出现甚至扫膛而损坏。
2、会使零部件或者或焊缝机能减弱、形成并扩大裂缝甚至断裂。
3、尾水管低频压力脉动可使尾水管壁产生裂缝。
二、机械振动
由于机组机械部分的惯性力、摩擦力及其他力的干扰造成的振动叫做机械振动。当其频率与发电机或电力系统的自振频率接近时。将发生共振,引起机组出力大幅度波动,可能会造成机组从电力系统中解列,下面介绍下机械振动的原因具体分析如下:
引起机械振动的因素有:转子质量不平衡、机组轴线不正、导轴承缺陷等特子质量不平街。由于转子质量不平衡,转子重心与轴心产生一个偏心距。当主轴旋转时,由于失平衡质量离心惯性力的作用,主轴将产生弯曲变形,轴变形越大,振动也越严重,在制造时,要进行转于的静平衡、动平衡试验,使不平衡重量尽可能小,从根本上消除这种振动的原因。轴线不正:机组轴线不正会引起两种形式的振动,弓状回旋。
三、水轮发电机振动原因分析
1、水力因素
振动的水力因素系指振动中的干扰力来自水轮机水力部分的动水压力。其特征是带有随机性,且当机组处在非设计工况或过渡工况运行时,因水流状况恶化,机组各部件的振动亦明显增大。由于单位体积水流的能量取决于水头,所以机组的振动一般是随水头的降低而减弱。高水头、低负荷时振动相对而言较为严重,产生振动的水力因素主要有:卡门涡列、尾水管低频水压脉动、水力不平衡等。
(1)卡门涡列。
恒定流束绕过物体时,在出口边的两侧出现漩祸,形成旋转方向相反、有规则交错排列的线涡,进而互相干扰、互相吸引,形成非线型的涡列、俗称卡门涡列当卡门涡列的冲击频率接近于转动体叶片的固有频率时,将产生共振,并拌有较强的且频率比较单一的噪声和金属共鸣声。
(2)尾水管低频水压脉动
水轮机在非设计工况下运行时,由于转轮出口处的旋转水流及脱流旋涡和汽蚀等影响,在尾水管内常引起水压脉动。尤其是在尾水管内出现大涡带后,涡带以近于固定的频率在管内转动,引起水流低频压力脉动。当管内水流一经发生,压力脉动就会激起尾水管壁、转轮、导水机构、蜗壳、压力管道的振动。
(3)水力不平衡
水力不平衡是水力因素中最显着的一点,也是最突出的一点。水是液态的,其所产生的力也是变化不定的,其对水利发电机所造成的力就会不平衡,尤其对于发电机中的转轮来说。水的力大多与其自身的流速有关,但是水的流速不是很稳定的,不同的季节,不同的时段,其流速也是会有所不同的,因此其产生的力就相对于发电机组来说就不会太稳定,从而造成发电机组的转轮等的振动。
2、电磁振动因素
电磁振动是因为其磁力被外界干扰而造成的一种振动,其是发电机组产生振动的原因之一,造成电磁振动的因素重要有两种,如下所述:
(1)发电机突然短路
发电机组的运作需要一定稳定性来保证,当其突然短路时,就会造成自身一些部件发生变化,从而产生电磁振动。发电机突然短路会使定子绕组的端部受到很大的电磁力的作用。这些力包括定于绕组端部相互间的作用、定子绕组端部与转子绕组端部相互间的作用力以及定于绕组端部与铁芯之间的作用力。另外,发电机突然短路还使转子轴受到很大的电磁力矩作用,所受力矩分为两种:一种是短路电流中使定子、转子绕组产生电阻损耗的有功电流分量所产生的阻力矩,另一种是突然短路过度过程中才出现的冲击交变力矩。这些电磁力及电磁力矩能使发电机组受到剧烈的振动,并给发电机部件带来危害。
