水力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中振動(dòng)產(chǎn)生原因分析
水力發(fā)電機(jī)組是大型工業(yè)機(jī)組，其自身功率很大，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，所需要的技術(shù)含量也比較高，在現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的支撐下，其自身也有很多不可避免的問題，振動(dòng)就是其不可避免的問題。水力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的原因很多，危險(xiǎn)程度也不一樣，只要是在出廠設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)的振動(dòng)，基本都算“無害”振動(dòng)，超出這個(gè)范圍就算是“有害”振動(dòng)，本文研究的就是“有害”振動(dòng)產(chǎn)生的原因。
關(guān)鍵詞：水力發(fā)電機(jī)；振動(dòng)；電磁；危險(xiǎn)；原因
一、水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的危害體現(xiàn)
水力發(fā)電機(jī)，因其自身的特點(diǎn)以及工作環(huán)境的限制，產(chǎn)生振動(dòng)是不可避免的，振動(dòng)如果實(shí)在發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，則造成的危害不大，也是發(fā)電機(jī)正常一定會出現(xiàn)的現(xiàn)象，但是如果振動(dòng)超過發(fā)電機(jī)出廠設(shè)計(jì)范圍，則所帶來的危險(xiǎn)是比較大的，如果不進(jìn)行治理，發(fā)電機(jī)很可能失去使用價(jià)值或者存在的必要，先就其危害的體現(xiàn)作如下幾個(gè)分析：
1、會使發(fā)電機(jī)的各連接部分發(fā)生不必要的松動(dòng)，并使轉(zhuǎn)動(dòng)部分與相對靜止部分發(fā)生不必要的摩擦，甚至出現(xiàn)甚至掃膛而損壞。
2、會使零部件或者或焊縫機(jī)能減弱、形成并擴(kuò)大裂縫甚至斷裂。[本文轉(zhuǎn)自：lunwen.1kejian.com]
3、尾水管低頻壓力脈動(dòng)可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫。
二、機(jī)械振動(dòng)
由于機(jī)組機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其他力的干擾造成的振動(dòng)叫做機(jī)械振動(dòng)。當(dāng)其頻率與發(fā)電機(jī)或電力系統(tǒng)的自振頻率接近時(shí),將發(fā)生共振,引起機(jī)組出力大幅度波動(dòng),可能會造成機(jī)組從電力系統(tǒng)中解列,下面介紹下機(jī)械振動(dòng)的原因具體分析如下：
引起機(jī)械振動(dòng)的因素有：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、機(jī)組軸線不正、導(dǎo)軸承缺陷等特子質(zhì)量不平衡。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子重心與軸心產(chǎn)生一個(gè)偏心距。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于失衡質(zhì)量離心慣性力的作用，主軸將產(chǎn)生彎曲變形。軸變形越大，振動(dòng)也越嚴(yán)重。在制造時(shí)，要進(jìn)行轉(zhuǎn)于的靜平衡、動(dòng)平衡試驗(yàn)，使不平衡重量盡可能小，從根本上消除這種振動(dòng)的原因。軸線不正：機(jī)組軸線不正會引起兩種形式的振動(dòng)，弓狀回旋。
三、水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)原因分析
1、水力因素
振動(dòng)的水力因素系指振動(dòng)中的干擾力來自水輪機(jī)水力部分的動(dòng)水壓力。其特征是帶有隨機(jī)性,且當(dāng)機(jī)組處在非設(shè)計(jì)工況或過渡工況運(yùn)行時(shí),因水流狀況惡化,機(jī)組各部件的振動(dòng)亦明顯增大。由于單位體積水流的能量取決于水頭,所以機(jī)組的振動(dòng)一般是隨水頭的降低而減弱,高水頭、低負(fù)荷時(shí)振動(dòng)相對而言較為嚴(yán)重。產(chǎn)生振動(dòng)的水力因素主要有: 卡門渦列、尾水管低頻水壓脈動(dòng)、水力不平衡等。
?。?）卡門渦列。
恒定流束繞過物體時(shí),在出口邊的兩側(cè)出現(xiàn)漩渦,形成旋轉(zhuǎn)方向相反、有規(guī)則交錯(cuò)排列的線渦,進(jìn)而互相干擾、互相吸引,形成非線型的渦列、俗稱卡門渦列當(dāng)卡門渦列的沖擊頻率接近于轉(zhuǎn)動(dòng)體葉片的固有頻率時(shí),將產(chǎn)生共振,并拌有較強(qiáng)的且頻率比較單一的噪聲和金屬共鳴聲。
?。?）尾水管低頻水壓脈動(dòng)
水輪機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí),由于轉(zhuǎn)輪出口處的旋轉(zhuǎn)水流及脫流旋渦和汽蝕等影響,在尾水管內(nèi)常引起水壓脈動(dòng).尤其是在尾水管內(nèi)出現(xiàn)大渦帶后,渦帶以近于固定的頻率在管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng),引起水流低頻壓力脈動(dòng)。當(dāng)管內(nèi)水流一經(jīng)發(fā)生,壓力脈動(dòng)就會激起尾水管壁、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、蝸殼、壓力管道的振動(dòng).
?。?）水力不平衡
水力不平衡是水力因素中最顯著的一點(diǎn)，也是最突出的一點(diǎn)。水是液態(tài)的，其所產(chǎn)生的力也是變化不定的，其對水利發(fā)電機(jī)所造成的力就會不平衡，尤其對于發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)輪來說。水的力大多與其自身的流速有關(guān)，但是水的流速不是很穩(wěn)定的，不同的季節(jié)，不同的時(shí)段，其流速也是會有所不同的，因此其產(chǎn)生的力就相對于發(fā)電機(jī)組來說就不會太穩(wěn)定，從而造成發(fā)電機(jī)組的轉(zhuǎn)輪等的振動(dòng)。
2、電磁振動(dòng)因素
電磁振動(dòng)是因?yàn)槠浯帕Ρ煌饨绺蓴_而造成的一種振動(dòng)。其是發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的原因之一。造成電磁振動(dòng)的因素重要有兩種，如下所述：
?。?）發(fā)電機(jī)突然短路
發(fā)電機(jī)組的運(yùn)作需要一定穩(wěn)定性來保證，當(dāng)其突然短路時(shí)，就會造成自身一些部件發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電磁振動(dòng)。發(fā)電機(jī)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(zhuǎn)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(fā)電機(jī)突然短路還使轉(zhuǎn)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(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生電阻損耗的有功電流分量所產(chǎn)生的阻力矩，另一種是突然短路過度過程中才出現(xiàn)的沖擊交變力矩。這些電磁力及電磁力矩能使發(fā)電機(jī)組受到劇烈的振動(dòng)，并給發(fā)電機(jī)部件帶來危害。
?。?）發(fā)電機(jī)三相不對稱運(yùn)行
發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，會發(fā)生三相不平衡負(fù)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(chǎn)生一個(gè)正序旋轉(zhuǎn)磁場和一個(gè)負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)負(fù)序磁場對著水力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子縱軸附近時(shí)，因氣隙小，磁阻小，磁力線就多，轉(zhuǎn)子和定子間的作用力就大。當(dāng)負(fù)序磁場對著轉(zhuǎn)子橫軸附近時(shí)，因氣隙大，磁阻大，磁力線就少，轉(zhuǎn)子與定子間的作用力就小。這樣，負(fù)序磁場和轉(zhuǎn)子之間的作用力時(shí)大時(shí)小，就使力矩變成兩倍于周波數(shù)的頻率而脈動(dòng)，造成轉(zhuǎn)子及定子機(jī)座的振動(dòng)。
發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)在現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)之下是不可避免的，所以我們要努力尋找產(chǎn)生振動(dòng)的原因，并在實(shí)際生產(chǎn)之中努力的盡可能的使其振動(dòng)控制在一定的范圍之內(nèi)，最好是在出廠設(shè)計(jì)范圍之內(nèi)，這樣才能創(chuàng)造出最大的價(jià)值，保證水力發(fā)電站正常運(yùn)行。發(fā)電機(jī)組是水力發(fā)電站重要存在的支撐，必須切實(shí)有效的對其振動(dòng)原因進(jìn)行分析，并作出相應(yīng)的控制，最大化的創(chuàng)造出相應(yīng)的社會產(chǎn)能，這樣保證我國的社會主義經(jīng)濟(jì)建設(shè)。
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