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              水力發電機組運行中振動產生原因的研究

                 日期:2015-10-21     來源:中國節能在線    瀏覽:19    評論:0    

                水力發電機組是大型工業機組,其自身功率很大,結構也比較復雜,所需要的技術含量也比較高,在現有科學技術的支撐下。其自身也有很多不可避免的問題,振動就是其不可避免的問題。水力發電機組產生振動的原因很多,危險程度也不一樣,只要是在出廠設計范圍之內的振動,基本都算“無害”振動,超出這個范圍就算是“有害”振動,本文研究的就是“有害”振動產生的原因。

                一、水力發電機組振動的危害體現

                水力發電機,因其自身的特點以及工作環境的限制,產生振動是不可避免的,振動如果實在發電機設計范圍之內,則造成的危害不大,也是發電機正常一定會出現的現象,但是如果振動超過發電機出廠設計范圍,則所帶來的危險是比較大的,如果不進行治理,發電機很可能失去使用價值或者存在的必要,先就其危害的體現作如下幾個分析:

                1、會使發電機的各連接部分發生不必要的松動,并使轉動部分與相對靜止部分發生不必要的摩擦,甚至出現甚至掃膛而損壞。

                2、會使零部件或者或焊縫機能減弱、形成并擴大裂縫甚至斷裂。

                3、尾水管低頻壓力脈動可使尾水管壁產生裂縫。

                二、機械振動

                由于機組機械部分的慣性力、摩擦力及其他力的干擾造成的振動叫做機械振動。當其頻率與發電機或電力系統的自振頻率接近時。將發生共振,引起機組出力大幅度波動,可能會造成機組從電力系統中解列,下面介紹下機械振動的原因具體分析如下:

                引起機械振動的因素有:轉子質量不平衡、機組軸線不正、導軸承缺陷等特子質量不平街。由于轉子質量不平衡,轉子重心與軸心產生一個偏心距。當主軸旋轉時,由于失平衡質量離心慣性力的作用,主軸將產生彎曲變形,軸變形越大,振動也越嚴重,在制造時,要進行轉于的靜平衡、動平衡試驗,使不平衡重量盡可能小,從根本上消除這種振動的原因。軸線不正:機組軸線不正會引起兩種形式的振動,弓狀回旋。

                三、水輪發電機振動原因分析

                1、水力因素

                振動的水力因素系指振動中的干擾力來自水輪機水力部分的動水壓力。其特征是帶有隨機性,且當機組處在非設計工況或過渡工況運行時,因水流狀況惡化,機組各部件的振動亦明顯增大。由于單位體積水流的能量取決于水頭,所以機組的振動一般是隨水頭的降低而減弱。高水頭、低負荷時振動相對而言較為嚴重,產生振動的水力因素主要有:卡門渦列、尾水管低頻水壓脈動、水力不平衡等。

                (1)卡門渦列。

                恒定流束繞過物體時,在出口邊的兩側出現漩禍,形成旋轉方向相反、有規則交錯排列的線渦,進而互相干擾、互相吸引,形成非線型的渦列、俗稱卡門渦列當卡門渦列的沖擊頻率接近于轉動體葉片的固有頻率時,將產生共振,并拌有較強的且頻率比較單一的噪聲和金屬共鳴聲。

                (2)尾水管低頻水壓脈動

                水輪機在非設計工況下運行時,由于轉輪出口處的旋轉水流及脫流旋渦和汽蝕等影響,在尾水管內常引起水壓脈動。尤其是在尾水管內出現大渦帶后,渦帶以近于固定的頻率在管內轉動,引起水流低頻壓力脈動。當管內水流一經發生,壓力脈動就會激起尾水管壁、轉輪、導水機構、蝸殼、壓力管道的振動。

                (3)水力不平衡

                水力不平衡是水力因素中最顯著的一點,也是最突出的一點。水是液態的,其所產生的力也是變化不定的,其對水利發電機所造成的力就會不平衡,尤其對于發電機中的轉輪來說。水的力大多與其自身的流速有關,但是水的流速不是很穩定的,不同的季節,不同的時段,其流速也是會有所不同的,因此其產生的力就相對于發電機組來說就不會太穩定,從而造成發電機組的轉輪等的振動。

                2、電磁振動因素

                電磁振動是因為其磁力被外界干擾而造成的一種振動,其是發電機組產生振動的原因之一,造成電磁振動的因素重要有兩種,如下所述:

                (1)發電機突然短路

                發電機組的運作需要一定穩定性來保證,當其突然短路時,就會造成自身一些部件發生變化,從而產生電磁振動。發電機突然短路會使定子繞組的端部受到很大的電磁力的作用。這些力包括定于繞組端部相互間的作用、定子繞組端部與轉子繞組端部相互間的作用力以及定于繞組端部與鐵芯之間的作用力。另外,發電機突然短路還使轉子軸受到很大的電磁力矩作用,所受力矩分為兩種:一種是短路電流中使定子、轉子繞組產生電阻損耗的有功電流分量所產生的阻力矩,另一種是突然短路過度過程中才出現的沖擊交變力矩。這些電磁力及電磁力矩能使發電機組受到劇烈的振動,并給發電機部件帶來危害。

                (2)發電機三相不對稱運行

                發電機運行時,會發生三相不平衡負載,引起三相電流不平衡。三相不平衡電流會在三相繞組中產生一個正序旋轉磁場和一個負序旋轉磁場。當負序磁場對著水力發電機轉子縱軸附近時,因氣隙小,磁阻小,磁力線就多,轉子和定子間的作用力就大。當負序磁場對著轉子橫軸附近時,因氣隙大,磁阻大,磁力線就少,轉子與定子間的作用力就小。這樣,負序磁場和轉于之間的作用力時大時小,就使力矩變成兩倍于周波數的頻率而脈動,造成轉子及定子機座的振動。

                發電機組產生振動在現有的科學技術之下是不可避免的,所以我們要努力尋找產生振動的原因,并在實際生產之中努力的盡可能的使其振動控制在一定的范圍之內,最好是在出廠設計范圍之內,這樣才能創造出最大的價值,保證水力發電站正常運行。發電機組是水力發電站重要存在的支撐,必須切實有效的對其振動原因進行分析,并作出相應的控制,最大化的創造出相應的社會產能,這樣保證我國的社會主義經濟建設。

               
              標簽: 水力發電
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