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水力機(jī)組振動(dòng)原因與分析方法探討
瀏陽(yáng)市株樹(shù)橋水庫(kù)管理局 易守衛(wèi)，張志紅 2014/3/30 10:16:51
【摘要】振動(dòng)是水力機(jī)組工作不穩(wěn)定性的基本表現(xiàn)形式，水力機(jī)組振動(dòng)原因大致從機(jī)械、水力、電氣三方面因素來(lái)研究。研究機(jī)組的振動(dòng)特征，利用振動(dòng)測(cè)量技術(shù)手段，分析水力機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生原因，才能制定具體減振措施，保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。
【關(guān)鍵詞】水力機(jī)組 振動(dòng) 原因 分析方法
【正文】水力機(jī)組的振動(dòng)，都屬于有阻尼受迫振動(dòng)，按其形式可分為受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)。受迫振動(dòng)是由于干擾力引起的，而干擾力的存在與否跟振動(dòng)無(wú)關(guān)，即使振動(dòng)停止，干擾力也仍然存在。自激振動(dòng)中維持振動(dòng)的干擾力是由物體運(yùn)動(dòng)本身產(chǎn)生或所控制的，當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止，干擾力也就消失。對(duì)振動(dòng)情況進(jìn)行測(cè)量分析，找出振動(dòng)的具體原因，以便對(duì)癥下藥，具體解決。
1、水力機(jī)組振動(dòng)的原因
根據(jù)干擾力的不同形式機(jī)組振動(dòng)可分為機(jī)械振動(dòng)、水力振動(dòng)及電磁振動(dòng)。
1.1機(jī)械因素引起的振動(dòng)
機(jī)械振動(dòng)的干擾力源來(lái)自機(jī)組的機(jī)械部分，主要有以下幾個(gè)方面：
（1）轉(zhuǎn)子的弓狀回旋和共振
當(dāng)轉(zhuǎn)子失衡時(shí)，由于離心力作用，將使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生弓狀回旋，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度很小時(shí)繞度也小，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的升高，繞度也相應(yīng)增大，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)角速度接近臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，繞度劇烈增大產(chǎn)生共振。
（2）機(jī)組轉(zhuǎn)子的振擺
轉(zhuǎn)子的振擺主要在推力軸承處產(chǎn)生，其產(chǎn)生的原因是機(jī)組轉(zhuǎn)子總軸向力P不通過(guò)推力軸承中心，使推力軸承產(chǎn)生不均衡變形，在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，就發(fā)生轉(zhuǎn)子的振擺。而導(dǎo)軸承有一定間隙，轉(zhuǎn)軸就在這范圍內(nèi)振擺。當(dāng)大軸中心找正不正確，軸線有折彎，導(dǎo)軸承與轉(zhuǎn)子不同心，以及水輪機(jī)偏離設(shè)計(jì)工況產(chǎn)生脈動(dòng)水推力時(shí)，轉(zhuǎn)子的振擺更為嚴(yán)重。
（3）轉(zhuǎn)軸抖動(dòng)
在運(yùn)行中，使機(jī)組發(fā)生故障的一種干摩擦情況，就是所謂轉(zhuǎn)軸“抖動(dòng)”，這種情況是由于導(dǎo)軸承間隙過(guò)大而潤(rùn)滑又不足所引起的。
綜上所述，產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)的主要原因有：
（1）機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的動(dòng)不平衡或靜不平衡；
（2）機(jī)組軸線由于折彎而產(chǎn)生的傾斜；
（3）由于找正不正確，軸被軸承夾緊；
（4）在迷宮環(huán)中發(fā)生碰擦；
（5）導(dǎo)軸承總間隙大于允許值，軸瓦以過(guò)大的間隙安裝在軸承體中；
（6）橡膠軸承的橡膠軸承瓦彈性變形過(guò)大；
（7）機(jī)組轉(zhuǎn)速接近臨界轉(zhuǎn)速；等等。
1.2、水力因素引起的振動(dòng)
（1）卡門(mén)渦列
當(dāng)流體流過(guò)一個(gè)圓柱形物體時(shí)，在物體后面就會(huì)沿著兩條相互平行的直線產(chǎn)生一系列相隔一定距離得單渦，從總體來(lái)看，這一系列單渦就叫卡門(mén)渦列。卡門(mén)渦列的振動(dòng)頻率為：
f=(0.18～0.20)w/d
式中f—卡門(mén)渦列的振動(dòng)頻率；
w—轉(zhuǎn)輪出口水流相對(duì)速度（cm/s）；
d—葉片出水邊厚度（cm）。
（2）狹縫射流
在軸流式水輪機(jī)中，由于轉(zhuǎn)輪葉片的工作面和背面存在著壓力差，在輪葉外緣和轉(zhuǎn)輪室壁之間的狹窄縫隙中，形成一股射流，速度很高，而壓力非常低。形成周期性的壓力波動(dòng)，從而產(chǎn)生振動(dòng)。這種振動(dòng)頻率為：f=zn/60。式中z為轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)，n為機(jī)組轉(zhuǎn)速（r/min）。
（3）水力不平衡
如果在轉(zhuǎn)輪范圍內(nèi)，水流失去軸對(duì)稱(chēng)，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)不平衡的橫向力作用在轉(zhuǎn)輪上。經(jīng)常遇到的是過(guò)流輪廓不對(duì)稱(chēng)，它會(huì)引起水流失去軸對(duì)稱(chēng)。例如：由于轉(zhuǎn)輪加工質(zhì)量不好，葉片開(kāi)口和導(dǎo)水葉開(kāi)度不一致，引起水流的不對(duì)稱(chēng)；轉(zhuǎn)輪上冠、下環(huán)的偏心和擺度，引起迷宮環(huán)間隙的不對(duì)稱(chēng)等等。
（4）非最優(yōu)協(xié)聯(lián)關(guān)系
轉(zhuǎn)葉式水輪機(jī)中協(xié)聯(lián)關(guān)系不正確，一方面引起調(diào)速系統(tǒng)持續(xù)震蕩過(guò)程，另一方面，水流情況的惡化，在水輪機(jī)頂蓋和發(fā)電機(jī)承重機(jī)架上會(huì)引起縱向振動(dòng)。
（5）非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)的水力不穩(wěn)定
非設(shè)計(jì)工況包括低水頭、低負(fù)荷、高水頭、超負(fù)荷以及空載工況。非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，空腔氣蝕和游動(dòng)渦帶及水流震蕩都將引起機(jī)組振動(dòng)。
1.3、電磁因素引起的振動(dòng)
引起振動(dòng)的電磁方面原因主要是轉(zhuǎn)子繞組短路，空氣間隙不均勻和磁極的次序錯(cuò)誤也會(huì)引起振動(dòng)。這些原因造成磁路不對(duì)稱(chēng)，因而造成磁拉力的不平衡，引起轉(zhuǎn)子振動(dòng)。
2、水力機(jī)組振動(dòng)的分析方法
2.1、振動(dòng)的測(cè)試
振動(dòng)測(cè)試主要包括下述基本內(nèi)容：
（1）振動(dòng)量的測(cè)量：振動(dòng)點(diǎn)在選定點(diǎn)上的位移，速度和加速度的大小，振動(dòng)的時(shí)間歷程、頻率、相位和頻譜等；
（2）系統(tǒng)特性參數(shù)的測(cè)試：系統(tǒng)的剛度、阻尼、固有頻率、振型以及動(dòng)態(tài)特性等；
（3）機(jī)械、結(jié)構(gòu)或部件的動(dòng)力強(qiáng)度試驗(yàn)。
在機(jī)組運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)測(cè)量，主要是進(jìn)行振（未完，下一頁(yè)）
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