水轮发电机组振动原因分析

水轮发电机组振动原因分析水轮发电机组的振动问题与一般动力机械的振动有一定差异,除了

机器本身转动或固定部分引起的振动外,尚需考虑发电机的电磁力以

及作用于水轮机过流部分的流动压力对系统及其部件振动的影响。

在机组运转的状态下,流体—机械—电磁三部分是相互影响的。例如,当水流流动激起机组转动部分振动时,在发电机转子与定子之间会导

致气隙不对称变化,由此产生的磁拉力不平衡也会造成机组转动部分

的振动,而转动部分的运动状态出现某些变化后,又会对水轮机的水

流流场及发电机的磁场产生影响。因此,水轮机的振动是电气、机械、流体等多种原因引起的。可见,完全按照这三者的相互关系来研究系

统的振动是不够的。鉴于问题的复杂性,将引起水轮机组振动原因大

致分为机械、水力、电气三方面的因素来研究,为水电厂生产管理、

运行、检修人员提供参考意见,以便制定出相应的预防和消振措施。

1水轮发电机组振动的危害振动是旋转机械不可避免的现象,若

能将其振幅限制在允许范围内,就能确保机组安全正常运行。但较大

振动对机组安全是不利的,会造成如下危害:

ａ)使机组各连接部件松动,使各转动部件与静止部件之间产生摩擦甚至扫膛而损坏;

ｂ)引起零部件或焊缝的疲劳、形成并扩大裂缝甚至断裂;

ｃ)尾水管低频压力脉动可使尾水管壁产生裂缝;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,甚至危及厂房及水工建筑物。下面简单介绍几起天桥水电厂机组振动引起的事故,以便从中了解机组振动的起因。

ａ)20世纪80年代初,天桥水电站多次发生因振动摆度过大而引起的设备损坏事故。1980年8月3号机由于上导轴承摆度大导致4个上导瓦背垫块断裂;1982年10月3号机发生发电机扫膛严重事故,上导瓦架与上机架固定螺栓8只中的5只被剪断,1只定位销剪断、瓦架变形。上机架振幅达022ｍｍ,水导轴承处振幅达020ｍｍ。水

轮机轴与发电机大轴法兰联接处摆度为074ｍｍ,后经测量分析为机

组轴承中心不正,发电机转子外圆度超标,空气间隙不匀等原因所

致。

ｂ)1997年2月天桥水电站4号机尾水管锥管段不锈钢衬板与普通钢衬板衔接处(高程8087ｍ)以下约有23ｍ2普通钢板沿环向脱落。其主要原因是由于叶片翼端间隙射流及尾水管涡带产生的低频水压

脉动相互作用,引起锥管段钢板振动,焊缝疲劳破坏后被撕裂或脱

落。

ｃ)2000年11月天桥水电站1号机大修后,发生发电机推力瓦12块被烧毁的严重事故,因推力瓦水平调整不好,轴系中心不正及调速

系统失调所致。

ｄ)2002年5月天桥水电站3号机大修检查发现尾水管弯管段垂直于水流方向产生环状裂缝,其主要原因为尾水管低频水压脉动激起

尾水管壁振动,当振动频率接近尾水管的固有频率产生共振时,严重

造成尾水管壁产生裂缝。从以上几个实例看出,机组发生振动的原因

主要是由于机械、水力、电气三方面的原因引起的,其它如调速系统

失调、振荡的因素也有,但不甚严重也不常发生。