大型水轮发电机组关键部件动力特性分析

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1、大型水轮发电机组关键部件动力特性分析［摘要］随着当前科学技术的发展，水利发电机组的容量在不断的上升，在大型水轮发电机使用过程中各种问题在不断的出现，表面尤为突出的是机组的振动问题，这也是考核机组正常运行与否的重要指标，在运行过程中关键部位出现问题必然会影响到机组的使用寿命。［关键词］大型；水轮发电机组；关键部件；动力特征中图分类号：TB857文献标识码：A一、前言在大型水轮发电机组运行过程中，机械因素、水力因素、电磁因素都会引发水轮发电机组的振动，根据产生的原因要采取正确的处理方法来减少振动。通过对关键部件的动力特性进行分析和准确的计算查找原因，及时进行维护，提高水轮机组的使用寿命。二、

2、水轮机运行特点水轮机是一种将水能转换成旋转机械能的叶片式水力机械，工作介质是水，在转轮叶片上作用着很大的流体动力载荷，叶片根部承受着很大的弯曲应力。由于水比气体的密度大很多且压缩性很小，所以当水轮机处于不稳定工作状态时，工作介质流动速度的改变能引起很大的压力变化，形成强烈的压力脉动，运行中还会伴随着高速水流所形成的特有的气蚀破坏、泥沙磨损等，对水轮机通流部件构成严重威胁。此外，水轮机在不同出力、不同水头时具备不同的效率特性和稳定性；当负荷变动时，要求在很短的时间内准确、安全地改变水轮机的运行工况等。水轮机运行时由工作介质特性引起的特殊运行问题包括：水轮机的汽蚀、水轮机泥沙磨损、水轮机过渡

3、过程、水轮机带负荷（考虑不同出力、不同水头时机组的运行情况）运行等，由于以上原因，水轮机运行时振动机理复杂，设置振动保护时面临许多困难。三、发电机运行特点在电力系统中，同步发电机是电力系统中最贵重的电气设备，需要长期连续运转，既要承受机身的振动，又要承受电流、电压的冲击。运行中发电机定子绕组和转子励磁回路都有可能产生各种故障，一般来说可能产生的故障有以下几种：1、定子绕组：相间短路，匝间短路，单相接地；2、转子绕组：一点或两点接地；3、转子励磁电流消失；4、由于突然甩负荷而引起的过电压；5、过负荷；6、定子过电流。针对上述故障，发电机通常会设置以下继电保护装置:1、过电流保护，用以防御外

4、部短路所引起的过电流，并作为内部故障的后备保护；2、过负荷保护，用以防御过负荷引起的过电流；3、纵差动保护，用以防御定子绕组相间短路；4、横差动保护，用以防御定子绕组的一相匝间短路；5、单相接地保护，用以防御定子绕组单相接地；6、励磁回路接地保护，用以防御转子一点接地故障；7、过电压保护，用以防御突然甩负荷引起的定子绕组过电压。但继电保护系统的主要作用是通过将故障元件从电力系统中切除来提高运行的可靠性。四、关键部件动力特性分析1、叶轮流道内气体体积变化1为汽蚀时叶片气体体积分数变化情况，由于叶片进口角的影响，当汽蚀初生时汽泡只在叶片进口背面的一个很小的低压区域内。在该区域产生气泡后沿着叶

5、片的出口方向移动，当迗到一定的压力下气泡又产生收缩和溃灭，由于汽泡只在叶片进口背面很小的局部区域内产生和破灭，因此不会对叶轮造成汽蚀破坏。随着汽蚀余量的降低，汽泡在叶片表面和叶轮通道内径向截面的分布逐渐增加2为图1时气体体积分数所对应的叶轮变形量。从图中可以看出，汽蚀发生区域相对应的叶片的变形也比较大，气体体积分数最大的地方对应于叶片进口的最大变形量处。说明汽蚀对叶轮进口处的变形产生很大的影响2进一步验证了汽蚀对叶轮叶片变形的影响，从图中看出，叶轮最大变形位于叶轮的进口及出口处。汽蚀影响叶片进口处的最大变形，压力变化影响叶片出口处最大变形。1叶片气体体积分数分布情况图2叶轮进口处受汽蚀影

6、响的变形2、叶轮内气体体积分数变化曲线相关数据研究表明在汽蚀初生工况时，汽体体积很小，几乎可以忽略不计。在汽蚀发展工况时，汽体体积缓慢增加，增加到一定程度后，汽体体体积以带有波动幅度的上升，且波动幅度随压力的降低而增加，在汽蚀严重工况时，波动幅度增加到一定程度后就保持不变。造成此现象的原因有可能是：在汽蚀初生时，汽蚀主要集中在叶片进口的某一个区域内，汽泡在此区域内产生、发展及溃灭等系列过程，因此，气体体积仅随进口压力的降低而缓慢上升；而随着汽蚀的发:，汽蚀所产生的大量汽泡开始脱离集中区域而向叶轮出口方向移动及溃灭，汽泡脱离过程会导致气体体积分数出现较大波动。3、不同汽蚀工况下气体体积变化

7、根据不同汽蚀工况下气体体积变化曲线等相关资料显示，在汽蚀初生工况时，气体体积分数很小，仅有小幅度的波动。在汽蚀发展工况时，气体体积值不是很大但出现无规律波动。造成这种现象的原因有可能是：在此工况下，汽蚀所产生的气泡相主要集中在叶轮背面的某一个区域内，在此区域内的大量气泡无规则的产生和溃灭引起的气体体积不规律波动。在汽蚀严重工况下，气体体积出现间断的无规律、大尺度波动。这种波动有可能是：在汽蚀初期，汽蚀所产生的气泡聚集在一起产生气泡相