冯家山水电站水轮发电机组的振动防治

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1、冯家山水电站水轮发电机组的振动防治摘要：根据冯家山水电站水轮发电机组的振动原因及特点，提出相应的防治方案：一级站机组以避振运行和加强轴瓦维护为主，二级站机组以避振运行，尾水管适时适量补气和加强过流部件修复为主。通过综合防治，机组振动强度降低，大轴摆度符合要求，转轮等过流部件检修周期内汽蚀程度降低，机组噪音减弱，大轴摆度符合要求，转轮等过流部件汽蚀程度降低，延长了大修周期，降低了运行成本。关键词：水轮发电机组振动防治冯家山电站是冯家山水库枢纽工程的一部分，由一、二级电站组成，位于渭河一级支流千河下游，地处陕西宝鸡。一级电站为坝后式，主要

2、配合干渠引水发电，机组运行水头和流量变幅较大，电站装机两台，容量2×1250KW，水轮机采用HL123-LJ-120型，额定水头17.5ｍ，单机额定流量7.5m3/s。二级电站为引水式，主要以水库弃水发电为主，由总干渠引水发电，装机1台，容量1×2000KW，水轮机型号HL220-WJ-84，额定水头46.6ｍ，额定流量5.39m3/s。1机组振动的分析1.1机组振动的危害性振动是旋转机械不可避免的现象，对水轮发电机组而言，振动除了使机组效率降低，还带来一系列危害，甚至会威胁机组的正常运行和安全，主要表现在以下几个方面：⑴机组振动会造

3、成某些部件的有害弹性变形和塑性变形，使一些零、部件材料发生疲劳、裂纹以至断裂，引起机组零部件金属焊缝中疲劳破坏区的形成和扩大，从而使之发生裂纹，以至断裂损坏而报废；⑵振动使机组各部位紧固连接部件松动，导致这些紧固件本身的断裂，加剧被其连接部分的振动，促使它们迅速损坏；⑶振动加速机组转动部件的相互磨损；⑷尾水管中的水流脉动压力可使尾水管壁产生裂缝，严重的可使整块钢板剥落；⑸振动导致机组出力不足，运行范围缩小，寿命缩短；⑹振动也可能引起机组基础厂房构件和引水压力钢管等的共振，有时会酿成严重事故，可整个设备和厂房毁坏；⑺过大的振动不仅导致机

4、组运行参数的波动，影响机组的负荷分配及供电质量，缩短机组的使用寿命，危及电站安全运行，而且还影响电站和电力系统的经济运行。1.2机组振动原因造成水轮发电机组振动的原因很多，而且也很复杂，机组振动除了机器本身转动或固定部分引起的振动外,还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，因此,一般将引起水轮机组振动原因大致分为电磁、机械、水力三个方面。3⑴电磁方面的原因：主要由于发电机电磁不平衡引起。常见如：转子磁极线圈层间短路；励磁回路两点接地；空气间隙不均匀；定子三相不平衡等。切除励磁电流，空载运行如振

5、动消失，证明是电磁方面引起的震动。⑵机械方面的原因：主要有转动部分重量不平衡；机组轴不正，主轴联结不同心；轴承缺陷，推力或导轴承调整不当；静、转部分偏磨等。⑶水力方面原因：如尾水管中涡带引起震动；机组在偏离最佳运行工况区运行；止漏环间隙不均；蜗壳、导叶引水不均的转轮进口水流冲击；卡门涡列；空腔汽蚀；间隙射流等。将机组改调相如振动消失就是水力振动，如不消失即为机械振动。2机组振动防治方法2.1避振运行为满足经济运行要求，应避开各台机组出现振动和空蚀的运行范围。冯家山一级站为坝后式电站，主要结合灌溉引水发电，水头、流量变幅大，最高水头22

6、ｍ，最低水头12ｍ，灌溉期间中、低水头，小流量用水较多。在这种情况下，运行主要以减小汽蚀和机组振动为主，降低机组故障率。我们对一级电站历史运行资料进行了整理，找出了不同水头下机组单机运行的最小流量及当时运行工况，同时结合HL123-LJ-120型水轮机运转特性曲线，为了确保安全，降低汽蚀，减轻机组振动，一站单机运行最小流量应限制于4.5m3/s以上。水机导叶开度达到一定程度后，导叶开度再继续增大，而功率变化量不大，导叶开度的增大反而破坏蜗壳中进水流态，加重汽蚀，使机组振动加剧。结合实际运行及水轮机运转特性曲线，一站导叶开度达到88%时

7、，不再增加开度，以减轻汽蚀和振动。二级站为引水式电站，主要以水库弃水发电，水头变幅不大。运行记录表明当导叶开度低于40%时，振动明显，噪音增大。同时导叶开度超过85%时，再继续增大，功率变化量不大，而机组振动加剧。结合实际运行及HL220-WJ-84水轮机运转特性曲线，二站导叶开度限制40%～85%间运行，以减轻汽蚀和振动。2.2尾水管适时适量补气水轮机在非设计工况下运行时,由于转轮出口处的旋转水流及脱流旋涡和汽蚀等影响,在尾水管内常引起水压脉动。尤其是在尾水管内出现大涡带后,涡带以近于固定的频率在管内转动,引起水流低频压力脉动。当管

8、内水流一经发生,压力脉动就会激起尾水管壁、转轮、导水机构、蜗壳、压力管道的振动。涡带压力脉动对机组运行的影响主要在于振动、摆度、功率摆动及其它附加影响。小水电站一般采用尾水管补气来减少尾水管的涡带压力脉动，补气效果的关键