轴流转桨式水轮发电机组振动测试与分析

轴流转桨式水轮发电机组振动测试与分析

轴流桨架的振动是一个复杂的问题。有三个因素的振动：机械振动、水力振动和磁强振动通常交替存在和影响。轴流桨的振动受水位变化的影响和相互关系的影响。只有系统研究不同因素之间的关系。在这项工作中，我们测量了tq水电工程改造后的现场试验可能性。在系统层面上，低流量轴流泵发射器的最小浮力、设计浮力和最大浮力的振动，并在非公共条件下测量了最低淹没。在此基础上，通过振动分析研究了机组振动的原因和规律。1试验方法和测量仪器1.1振动传感器的选用现场试验依据国际标准进行.在水轮机导轴承上方及发电机导轴承的X,Y方向分别布置电涡流位移传感器,用以测量大轴的振动(摆度),传感器型号为CWY—DO型,频率响应0～1kHz,量程2mm.在水轮机顶盖、发电机上机架的水平与垂直方向分别布置速度型振动传感器,考虑到机组的转速为107.1r·min-1,转频为1.785Hz,所以选择机组旋转频率在内乃至1/5转频响应特性的低频振动传感器,型号为DPS—H(V)型,频率响应为0.5～150Hz,量程为1mm.振动测试系统与传感器布置图如图1所示.1.2试验方法和数据采集试验机组的最大水头为21m,最小水头为10m,设计水头为18m,试验中选择20m,18m与15m三个水头进行测量.为了分析导叶与桨叶的协联状态对振动的影响,在一些水头下分别按协联工况与非协联工况(叶片角固定)进行试验.各测点的振动值通过显示仪表显示的同时,振动的波形输入计算机数据采集系统进行采集存储,以备波形分析与频谱分析时调用.考虑到机组可能出现低于0.5Hz的低频振动,试验中各通道的采集时间为3s,采样点数为32000点.2振动波形的采集及频率分析水力机组振动分析的主要方法是峰值检测与频谱分析,以此为依据评价机组的振动级别,寻查振动的原因.水电站现场是强电强磁干扰场,尽管采取了一系列抗干扰措施如传感器与计算机之间的联接采用带屏蔽的双绞线,并采取了屏蔽线接地等抗干扰措施,但仍会有工频交流信号及其他杂波叠加在振动波形上.因此,需对采集波形进行数字滤波,平滑等去躁处理.波形检测采用9点消微分法,在波峰点邻域4点内寻找岐峰.由于信号的不规则性和随机性,根据采样周期内的检出波峰,求其平均值作为振动的平均峰值.为寻找振因,对振动波形进行了频谱分析.用计算机采集的波形实际上已成为离散信号,因此采用快速傅立叶变换(FFT)方法进行数据处理,在此基础上进行功率谱计算,以确定振动的主振频率,第一谐频及其他振频.3表中干扰的频率特性与振动器的振兴特性的分析3.1机组旋转频率对机组大轴的振动波形进行频谱分析的结果,得出不同的功率谱密度对应的3个频率为1.78Hz,3.6Hz,5.4Hz,多数工况下的振动均以1.78Hz为主频,这正是机组的旋转频率,机组转速为107.1r·min-1,转速频率为fn=107.1/60(Hz)=1.785Hz,由于基于FFT方法的频谱分析频率的分辨率较低,故计算出的频率为1.78Hz或1.80Hz.机组大轴各测点的振动几乎都以此频率为主频,说明大轴振动是由中心不正,或转动部分不平衡所造成.谐振频率3.6Hz或5.4Hz为转频的2倍或3倍,是转频的谐波,大轴振动的典型波形及频谱分析计算如图2所示.3.2振动频率分析机组固定部件各测点振动波形频谱分析结果见表1.由表1可看出,机组固定部件振动的3个主要频率为0.36Hz,1.78Hz和8.95Hz,此外有5.4Hz,7.2Hz的频率出现.上机架出现的1.78Hz的主频,显然是在不平衡力的作用下,由机组旋转作用下产生的振动.在机组的垂直方向及在水轮机顶盖产生的振动,大都以0.36Hz的超低频为主频率,尤其以大开度下更为明显.这种低频振动在15m,18m与20m水头下均存在,又出现在各开度情况下,因此可以排除由电磁引起的振动与水力因素引起的振动,有可能是在旋转不平衡力的激发下,在机组的固定部件形成的共振.某些工况(大开度)下出现的8.95Hz的较高频振动主要发生在水轮机的顶盖上,说明作为高弹性部件的顶盖在水流的不平衡力的作用下产生了低频振动.据文献介绍,由于进水的不均匀性,在水电站进水口处形成的旋涡进入蜗壳后会汇集成大的旋涡而引起水力振动,这种情况多在低水头水电站中产生,振频为f=Zk×N/60,Zk为转轮叶片数,N为机组转速,本次试验机组的叶片数为5片,转速为107.1r·min-1,计算得振频f=8.95Hz与实际测得的振频相一致.以水轮机顶盖的振动为例,振动波形如图3示,频谱分析的结果如图4所示.4影响机组振动的几个主要因素现场试验的结果表明,影响轴流转桨式水轮机振动的主要因素为导轴承的间隙、机组的出力以及协联关系.4.1机组导轴承间隙调整债权机组检修之前,由于水导轴承的间隙过大,使大轴的摆度加大.测试中发现在机组充水后未旋转情况下,大轴在水导轴承处的摆度已达到0.50～0.70mm之间,机组运转后,大轴摆度峰-峰值达到0.70～0.838mm之间.机组检修后导轴承间隙调整到允许值以内,摆度峰-峰值下降到0.20～0.36mm之间.4.2机组的最优工况下最小振动在协联工况下,机组旋转部件与固定部件的振动如图5所示.由图中可以看出,除顶盖水平振动外,大轴的摆度与固定部件的振幅均随出力的增加而增大,这符合水力机组振动的一般规律及轴流式水轮机在协联工况下的特点.顶盖水平振动呈下凹抛物线状,最小振动应位于机组的最优工况区,说明最优工况下水轮机中的流态较好,所产生的不平衡力较小.4.3非协联工况下的振动为探讨协联关系对振动的影响,对保持协联关系与破坏协联关系两种情况下,对机组振动进行了测量.机组在15m水头、叶片角0度时的非协联工况下运行时,水导轴承X,Y方向的摆度分别达到0.6