某电站水轮机异常振动噪声试验研究

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1、某电站水轮机异常振动噪声试验研究　　摘要：本文对某电站在一定运行水头、一定负荷区域内运行时，水轮机出现振动和噪声明显增大的现象进行了试验测试研究。测试结果表明：在稳定运行区域，蝶阀、蜗壳进人门和压力钢管振动和噪声均存在100Hz的频率，这是2倍叶片过流频率引起，其能量幅值不大，对机组稳定运行没有影响。某些负荷区域内出现异常振动、噪声的频率为55～80Hz左右，引起异常振动、噪声的原因是蝶阀活门过流不畅引发的流体激振，且该激振频率与压力钢管、活门50～84Hz固有频率接近，从而引发共振。其测试结果与分析结论对

2、于水轮机的振动、噪声故障诊断及机组设计具有重要参考意义。　　关键词：水轮机振动噪声　　0引言某水电站装有3台单机容量40MW的混流式水轮发电机组，蜗壳进口处采用公称直径为φ4200mm的蝶阀结构，3台机组于2008年先后投入运行。首台机组投入运行时，实际运行水头在59m～62m之间，机组运行较为平稳。当机组运行水头增至72m～80m时，在20MW～30MW负荷范围内，水轮机振动出现了明显增大现象，并有异常噪声，这给机组的安全稳定运行带来了隐患。为了分析查找异常振动、噪声产生的原因，特对其中的3#水轮机进行了

3、振动、噪声、压力脉动和部件固有频率等试验测试研究。　　1机组性能参数5　　水轮机主要参数：　　转轮型号：HL-1015-LJ-310　　额定功率：43.68MW　　额定转速：200r/min　　最大水头：80.5m　　额定水头：68.5m　　最小水头：65.0m　　额定流量：68.10m3/s　　活动导叶个数：24　　转轮叶片个数：15　　发电机基本参数：　　发电机型号：SF40-30-6500　　额定容量：70MVA　　最大容量：77.6MVA　　额定功率：40（47.06）MW　　额定电压：10.5kV

4、　　额定电流：2.59kA　　额定频率：50Hz　　额定功率因数：0.85（滞后）　　飞轮力矩：3100tm2　　2振动噪声试验方案　　2.1试验测试内容5　　为了全面评价水轮机的稳定性，分析查找异常振动、噪声产生的原因，本试验主要包括以下测试内容：　　1）结构固有频率测试：用锤击法测试尾水管、蜗壳进人门、压力钢管、蝶阀阀体和活门固有频率。　　2）振动测试：用加速度传感器测量顶盖、活动导叶、尾水管、蜗壳进人门、压力钢管和蝶阀等部位的振动幅值及频率。　　3）噪声测试：用声学传感器测量水机室、蜗壳进人门和压力钢

5、管处的噪声频率，并用噪声计测量水机室、蜗壳进人门和压力钢管处的噪声声压级。　　4）压力脉动测试：用压力传感器测量压力钢管、蜗壳进口和尾水锥管内的压力脉动情况。　　2.2试验测试工况　　结构固有频率的测试，要求机组处于停机且充水的状态。对于水轮机的振动、噪声和压力脉动的测试，要求机组在水头分别为80.5m，78m和74m三个水头下进行变负荷，并按41MW―35MW―30MW―25MW―20MW―15MW―10MW―5MW进行降负荷测试。　　3试验结果分析　　试验过程中，我们首先对水轮机相关部件的结构固有频率进

6、行了测试，结果见表1所示。除阀体固有频率较高外，其余部件固有频率主要集中在55～130Hz区间附近。5　　噪声是一种声音，声音是由物体的机械振动而产生的。振动的物体称为声源，它可以是固体、气体或液体。声音可以通过介质（空气、固体或液体）进行传播，形成声波。因此研究噪声要和振动结合起来考虑。本次测试中不但测量了噪声声压级，还同时将噪声和振动信号同时输入信号采集系统进行分析，噪声测量结果见表2、表3所列。　　从表2、表3的结果可看出，排除低负荷区尾水管涡带的噪声，80.5米水头异常噪声出现在30MW负荷下，78

7、米水头异常噪声出现在25MW负荷下，74米水头异常噪声消失。这说明异常噪声的出现与运行水位有关，随着水头的增加，异常噪声出现的负荷区也在增加。在80.5米和78米水头，负荷为25～30MW负荷时，蜗壳进人门噪声频率为56、83、95Hz左右，压力钢管噪声频率为66、79Hz左右，尾水管进人门处的噪声频率主要为68、75、86和95Hz左右。　　对于振动和压力脉动的测量，因测量数据较多，本文没有详细列出各测点的频率和幅值，仅列出了振动随负荷变化的趋势以及我们所关心的频率，如表4和图1、图2所示。振动测量结果表

8、明，在高水头25～30MW负荷下，出现异常振动，与出现异常噪声的负荷一致。且蜗壳进人门振动幅值最大，压力钢管次之。　　图2显示的是出现异常振动噪声时压力脉动的频谱。从频谱图可看出，压力钢管和蜗壳进口除了低频的压力脉动外，还存在一个58Hz左右的高频压力脉动。低频主要是由涡带引起的，高频主要是活门出水边脱流频率引起。　　4结束语　　本文通过对某电站水轮机振动、噪声及压力脉动的试验研究可看出：5　　1）在稳定运行区域