非線性模型的水輪發(fā)電機(jī)組軸系耦合動(dòng)力特性分析

做高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)是不可避免，而機(jī)組的振動(dòng)是由若干個(gè)簡諧振動(dòng)疊加而成的非簡諧振動(dòng)。運(yùn)行中的機(jī)組如果振動(dòng)過大，則會(huì)影響生產(chǎn)的安全性，甚至有可能造成事故停機(jī)。因此，對(duì)機(jī)組振動(dòng)原因進(jìn)行分析并在機(jī)組運(yùn)行過程中可能進(jìn)行的跟蹤、監(jiān)測(cè)，可以將機(jī)組振動(dòng)有效地控制在規(guī)范允許范圍內(nèi)。

水輪發(fā)電機(jī)組動(dòng)平衡測(cè)試是為了檢測(cè)機(jī)組大修后的穩(wěn)定性能,分析影響機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的原因,提高機(jī)組的優(yōu)化運(yùn)行能力,為機(jī)組的運(yùn)行檢修、技術(shù)改造及科學(xué)調(diào)度提供依據(jù)。

隨著科技的不斷進(jìn)步,水輪發(fā)電機(jī)組及其輔助設(shè)備的制造技術(shù)也在不斷地進(jìn)步,特別是水輪機(jī)組內(nèi)自動(dòng)化元件的技術(shù)提升,給水輪發(fā)電機(jī)組在檢修及后期改造包括制定標(biāo)準(zhǔn)提供了科學(xué)、合理的依據(jù)。本文首先分析了水輪機(jī)組幾項(xiàng)檢修要求,接著列舉了漁子溪電站機(jī)組檢修及改造的實(shí)例,來闡述其方法。

水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的處理 機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定是水輪發(fā)電機(jī)組工作性能中的重要指標(biāo),克服機(jī)組的 不穩(wěn)定，就成了機(jī)組設(shè)計(jì)、制造、安裝、運(yùn)行和檢修中突出要解決的 問題之一，無論大、中、小型機(jī)組都不例外。 機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性包括：機(jī)組工作水頭和出力的波動(dòng)；水壓力脈動(dòng)、 水流周期性沖擊；機(jī)組支承部分的振動(dòng)機(jī)組轉(zhuǎn)子振擺、調(diào)速系統(tǒng)的振 蕩；機(jī)組內(nèi)部不正常的音響（噪音、異常聲音）等。而這些穩(wěn)定性的 基本表現(xiàn)形式就是振動(dòng)。 因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)組是一個(gè)彈性組合體，在運(yùn)轉(zhuǎn)中所受的力又不可能是 絕對(duì)平衡的所以振動(dòng)是不可避免的。機(jī)組在運(yùn)行中出現(xiàn)微小的振動(dòng)是 允許的，而我們所關(guān)注的是機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)中出現(xiàn)不允許的所謂異常振動(dòng) 時(shí)，會(huì)造成機(jī)械連接件的松動(dòng)或造成某些部件的有害的彈性變形和塑 性變形，使一些零、部件材料發(fā)生疲勞、裂紋以致斷裂，也可能引起 機(jī)組基礎(chǔ)、廠房構(gòu)件和引水壓力鋼管的共振，導(dǎo)致機(jī)組運(yùn)行參數(shù)的波 動(dòng)，影響機(jī)組的負(fù)

sd83227@126.com 第1頁共3頁 各標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)和擺度的要 求 gb_t_15468-2006水輪機(jī)基本技術(shù)條件 gb_t_7894_2000水輪發(fā)電機(jī)基本技術(shù)條件 gbt8564-2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范 sd83227@126.com 第2頁共3頁 sd83227@126.com 第3頁共3頁 ｇｂ／ｔ１１３４８．．５－２００２

　a輯第15卷第1期　　　　　水動(dòng)力學(xué)研究與進(jìn)展　　　ser.a,vol.15,no.1 　　2000年3月　　　　　　　journalofhydrodynamics　　　　　mar.,2000 文章編號(hào):100024874(2000)0120129205 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障 診斷與識(shí)別 α 沈　東,　　褚福濤,　　陳　思 (云南工業(yè)大學(xué)電力工程學(xué)院,昆明650051) 　　摘　要:　振動(dòng)是影響水輪發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行和危害機(jī)組壽命的主要故障。要清除機(jī)組振動(dòng) 故障,必須尋找引起機(jī)組振動(dòng)的原因。本文主要介紹如何依據(jù)誘發(fā)機(jī)組振動(dòng)的某些特征,捕捉其振 動(dòng)原因。為簡化問題,不考慮引起機(jī)組振動(dòng)諸因素間的相互影響,但對(duì)分析機(jī)組振動(dòng)的主要原因, 仍有較好的參考作用。 關(guān)　鍵　詞:　水

提高機(jī)組總體效率達(dá)到增加機(jī)組出力的目的是水電站增容改造的主要課題。機(jī)組總體效率應(yīng)當(dāng)從水力、機(jī)械及電磁三方面綜合考慮。轉(zhuǎn)輪改造是增容改造的重點(diǎn)。

論述了龔嘴水電站1號(hào)機(jī)開展效率試驗(yàn)的目的,介紹了大管徑超聲波法流量測(cè)量的原理和方法以及水輪發(fā)電機(jī)組效率試驗(yàn)的方法和本次試驗(yàn)的結(jié)論

結(jié)合龍灘水電站3號(hào)機(jī)組軸線調(diào)整的實(shí)踐,分別將水輪機(jī)軸、發(fā)電機(jī)下端軸的垂直度和法蘭水平值投影在一個(gè)平面上,應(yīng)用投影的方法分析計(jì)算,找到最佳連軸方位,使下端軸與水機(jī)軸連接法蘭處折線最小,保證機(jī)組軸線最優(yōu)。

水電站水輪發(fā)電機(jī)組的軸線質(zhì)量對(duì)機(jī)組的正常運(yùn)轉(zhuǎn)起著重要的作用。通過闡述水輪發(fā)電機(jī)組盤車軸線調(diào)整技術(shù)，將擺度調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)范圍以內(nèi)，同時(shí)根據(jù)盤車數(shù)據(jù)對(duì)導(dǎo)軸瓦間隙進(jìn)行調(diào)整，以保障機(jī)組能夠可靠運(yùn)行。以立軸混流式機(jī)組為例介紹機(jī)組盤車方法、軸線調(diào)整及導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整。

本文介紹了水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承瓦面材料、支撐結(jié)構(gòu)和循環(huán)冷卻系統(tǒng),推力軸承設(shè)計(jì)技術(shù)和試驗(yàn)技術(shù)及推力軸承的發(fā)展。

簡要介紹了紫坪鋪電站機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、機(jī)組總裝特點(diǎn)、機(jī)組受力調(diào)整、機(jī)組軸線調(diào)整的程序、計(jì)算方法及機(jī)組總裝等。紫坪鋪電站發(fā)電機(jī)組為成熟機(jī)型,安裝過程也比較常規(guī),針對(duì)安裝過程中如何更好的提高工作效率,加強(qiáng)工程質(zhì)量的控制,將紫坪鋪工程的建設(shè)實(shí)踐總結(jié)成文,供有關(guān)技術(shù)人員參考。

針對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承散熱的研究,從推力軸承技術(shù)的發(fā)展、推力軸承散熱研究的必要性、推力軸承散熱方式及其優(yōu)缺點(diǎn)等方面做了闡述。結(jié)合流體力學(xué)的理論知識(shí),詳細(xì)介紹了推力軸承散熱研究的整體思路及研究所需要的湍流模型,對(duì)實(shí)際研究的開展具有一定的參考價(jià)值。

水輪發(fā)電機(jī)組推力軸承鏡板的修復(fù)是一項(xiàng)要求精度很高的工藝,文中介紹了在不增加專用設(shè)備磨床的情況下,利用現(xiàn)有車床設(shè)備對(duì)鏡板進(jìn)行研磨修復(fù)的工藝。

在大量的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上,對(duì)巖灘水輪發(fā)電機(jī)組長期以來的動(dòng)力試驗(yàn)研究進(jìn)行系統(tǒng)的歸納和總結(jié),全面概括了巖灘水輪發(fā)電機(jī)組的動(dòng)力試驗(yàn)現(xiàn)狀,為今后進(jìn)一步研究水輪發(fā)電機(jī)組及廠房振動(dòng)規(guī)律和轉(zhuǎn)輪葉片裂紋機(jī)理提供了一定的試驗(yàn)依據(jù)。

以水電廠機(jī)組增容改造為例,提出了增容改造前后機(jī)組重要結(jié)構(gòu)部件的受力與變形測(cè)試方法與技術(shù),論證了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度可靠性,保證了機(jī)組的運(yùn)行安全。

在水利水電系統(tǒng)的建設(shè)過程中，如何合理選擇適當(dāng)?shù)乃啓C(jī)組中的水輪機(jī)類型，對(duì)于促進(jìn)水利水電系統(tǒng)建設(shè)有效性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和安全性具有十分重要的意義。因此，相關(guān)技術(shù)人員需要根據(jù)水輪機(jī)組設(shè)計(jì)原則，選擇合適的實(shí)踐方案，從而對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行選型設(shè)計(jì)。文章就此探討了水輪發(fā)電機(jī)組中水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)過程，具體內(nèi)容供大家參考和借鑒。

長期以來,水輪發(fā)電機(jī)組的激烈振動(dòng)現(xiàn)象嚴(yán)重影響電站的正常安全穩(wěn)定工作。在高水頭、大流量水流和強(qiáng)電磁場(chǎng)的共同作用下,其規(guī)律十分神秘,是一個(gè)至今仍未徹底解決的難題。文中以混流式水輪發(fā)電機(jī)組主軸系統(tǒng)為研究對(duì)象,首先根據(jù)發(fā)電機(jī)、水輪機(jī)主軸和水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的特點(diǎn),分別建立發(fā)電機(jī)單元、水輪機(jī)主軸單元和水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪單元,然后在發(fā)電機(jī)單元、水輪機(jī)主軸單元和水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪單元的基礎(chǔ)上,應(yīng)用有限單元法建立混流式水輪發(fā)電機(jī)組主軸系統(tǒng)的非線性全局耦合動(dòng)力學(xué)方程。所建方程較好地體現(xiàn)該系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能與其水力參數(shù)、電磁參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的實(shí)際關(guān)系,表達(dá)以往方程未能反映的動(dòng)態(tài)性能,為進(jìn)一步深入研究混流式水輪發(fā)電機(jī)組主軸系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)特性與系統(tǒng)的水力參數(shù)、電磁參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)之間的內(nèi)在聯(lián)系奠定基礎(chǔ)。

為了縮短停機(jī)時(shí)水輪發(fā)電機(jī)組的惰行時(shí)間,防止推力軸瓦燒損,在停機(jī)過程中必須在低轉(zhuǎn)速區(qū)對(duì)機(jī)組進(jìn)行連續(xù)制動(dòng)。簡要介紹了機(jī)組制動(dòng)的工作原理,分析了機(jī)械制動(dòng)和電氣制動(dòng)的特點(diǎn),對(duì)石門2f水輪發(fā)電機(jī)組電氣制動(dòng)進(jìn)行了全面的分析,指出采用電氣制動(dòng)的必要性,對(duì)改善推力瓦運(yùn)行條件、縮短機(jī)組低速運(yùn)行時(shí)間、保證機(jī)組安全可靠剎車停機(jī)具有十分重要的意義。

關(guān)于開發(fā)建立實(shí)時(shí)精確的水輪發(fā)電機(jī)仿真系統(tǒng),由于水輪發(fā)電機(jī)組由同步發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、水輪機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)構(gòu)成,系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型存在強(qiáng)非線性,傳統(tǒng)上常采用牛頓法聯(lián)立求解方程組仿真效果差。為解決上述問題,提出了面向水輪發(fā)電機(jī)組各物理子系統(tǒng)的模塊化仿真模型,采用分割求解法建立了同步發(fā)電機(jī)、勵(lì)磁系統(tǒng)、水輪機(jī)及其調(diào)速系統(tǒng)各物理子系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型,用隱式梯形積分法建立了模型,形成了水輪發(fā)電機(jī)組模型庫。組成的仿真系統(tǒng)不僅可達(dá)到足夠的計(jì)算精度及計(jì)算速度,而且有效簡化了水輪發(fā)電機(jī)組模型的開發(fā)及維護(hù)工作量,適用于水輪發(fā)電機(jī)組的快速電磁暫態(tài)和中長期的機(jī)電暫態(tài)過程研究,可用于各型水電站動(dòng)態(tài)全過程仿真。結(jié)果證明系統(tǒng)運(yùn)行的精度和速度的有效性,為研究提供參考。

靈觀巖電站是一座中型中高水頭水電站,水輪發(fā)電機(jī)組是三支點(diǎn)臥式結(jié)構(gòu),剛性連接,電站試運(yùn)行合格正式投產(chǎn)后一個(gè)月,3臺(tái)機(jī)組相繼出現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)問題以至無法正常運(yùn)行。通過流道計(jì)算流體力學(xué)、軸系穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)分析,提出和實(shí)施了消除振動(dòng)的解決方案,現(xiàn)機(jī)組已長期正常運(yùn)行。圖5幅。

近些年,我國不斷發(fā)展的社會(huì)與科學(xué)技術(shù)對(duì)小型水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行能力提出了更多的技術(shù)要求,但設(shè)備老舊的發(fā)電站已無法完成這樣的任務(wù),本文在此情況下,對(duì)小型水輪發(fā)電機(jī)組技術(shù)改造進(jìn)行了研究,進(jìn)而對(duì)小型水電優(yōu)勢(shì)進(jìn)行充分的利用,最終使其不斷發(fā)揮作用和創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。