水电站机组振动机理分析.ppt

水电站机组振动机理分析.ppt

《水电站机组振动机理分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水电站机组振动机理分析.ppt（38页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

水轮发电机组振动机理分析北京奥技异电气技术研究所目录1振动基本理论2水电机组振动分析总体思路3三大影响因素分析4分析处理方法5相关振动标准6实例分析1.11.1振动定义振动定义1.21.2振动分类振动分类（11）按激振力性质）按激振力性质自由振动自由振动强迫振动强迫振动自激振动自激振动（22）按振动规律）按振动规律简谐振动简谐振动复合振动复合振动随机振动随机振动复杂振动复杂振动（33）按振动变形）按振动变形直线振动直线振动横向振动横向振动纵向振动纵向振动扭转振动扭转振动（44）按自由度）按自由度单自由度振动单自由度振动多自由度振动多自由度振动（55）按振动位移与激振力的关系）按振动位移与激振力的关系线性振动线性振动非线性振动非线性振动1.3表示振动的量和参数

（1）表示振动的量位移、速度、加速度

（2）表示振动量的参数振幅、频率、相位f（x）=Asin（wx+）（3）方法峰值、峰峰值、有效值、平均值、混频值等返回2总体思路水力机组的振动是水力、机械、电气的耦合振动。

对机组的影响往往是这几种因素叠加和共同作用，并且相互制约、相互影响。

2.1水力因素尾水管涡流振动卡门涡流振动气蚀引起的振动水力共振2.2机械因素转动部分质量不平衡所引起的振动大轴摆度过大引起的振动轴系和轴承支承刚度不足引起的振动轴承间隙不当引起的振动2.3电磁因素磁拉力不均匀引起的振动定子铁心圆周方向松动引起的振动负序电流引起的振动2.4引起机组振动原因及处理返回3三大因素影响分析3.13.1开停机过程开停机过程（11）机组从启动到投入励磁之前：

）机组从启动到投入励磁之前：

水力和机械因素水力和机械因素（22）投入励磁后至并网之前）投入励磁后至并网之前：

电磁因素电磁因素（33）并网之后的运行：

）并网之后的运行：

综合因素综合因素（44）停机且导叶全部关闭之后的滑行阶段：

）停机且导叶全部关闭之后的滑行阶段：

机械因素机械因素3.23.2专门试验过程分析专门试验过程分析（11）变转速试验）变转速试验振幅与转速的关系振幅与转速的关系AA=ff（nn22）II如果如果：

nn在（在（0.6-10.6-1）额定转速运行时，）额定转速运行时，nn的变化与的变化与AA变化不密切，频率为转频。

变化不密切，频率为转频。

则振动原因：

则振动原因：

轴线曲折、盘车摆度未调好，导轴承轴线曲折、盘车摆度未调好，导轴承不同心、主轴与固定部件有偏磨。

不同心、主轴与固定部件有偏磨。

IIII如果：

如果：

AA随随nn增大而增大，基本与增大而增大，基本与nn22成正比，频率成正比，频率为转频。

为转频。

则振动原因：

则振动原因：

转动部件静（动）不平衡引起。

转动部件静（动）不平衡引起。

（22）变励磁试验）变励磁试验振幅与励磁电流的关系振幅与励磁电流的关系AA=ff（ii）如果：

如果：

AA随随ii增大而增大增大而增大则振动原因：

则振动原因：

磁拉力不平衡引起的。

磁拉力不平衡引起的。

此时应检查：

此时应检查：

气隙是否均匀、磁极线圈有无匝间短气隙是否均匀、磁极线圈有无匝间短路路（33）变负荷试验）变负荷试验振幅与负荷的关系振幅与负荷的关系AA=ff（PP）如果：

如果：

AA随随PP增减而增减，且水导处振幅变化比上导增减而增减，且水导处振幅变化比上导处敏感处敏感则振动原因：

则振动原因：

水力不平衡引起的。

水力不平衡引起的。

此时应检查：

此时应检查：

过流部分有无局部堵塞，轮叶出水边过流部分有无局部堵塞，轮叶出水边开口是否一致开口是否一致（44）调相试验）调相试验导叶关闭，机组转为调相运行。

导叶关闭，机组转为调相运行。

如果如果此时振幅减小很多，则振动的干扰力源此时振幅减小很多，则振动的干扰力源主要是水轮机的水力部分；主要是水轮机的水力部分；如果振幅没什么变化，则振动的干扰力源主要如果振幅没什么变化，则振动的干扰力源主要是机组的机械部分和电磁部分。

是机组的机械部分和电磁部分。

返回44分析处理方法

（1）时域信号分析（22）频域信号分析）频域信号分析频域信号分析方法是把一复杂信号分解成某种频域信号分析方法是把一复杂信号分解成某种类型基本信号之和，常用的基本信号是正（余）类型基本信号之和，常用的基本信号是正（余）弦信号，每一个正（余）弦信号的频率是确定的，弦信号，每一个正（余）弦信号的频率是确定的，作为一个频率成分。

作为一个频率成分。

各频率成分的振幅；各频率成分的初相角；傅里叶系数。

通过频谱图可以看出该周期信号是由哪些频率通过频谱图可以看出该周期信号是由哪些频率成分组成，各频率成分的振幅是多大，各振幅的成分组成，各频率成分的振幅是多大，各振幅的大小比例还表明了各次谐波在该周期信号中所占大小比例还表明了各次谐波在该周期信号中所占比重的大小。

对于水力机组故障分析中，不同特比重的大小。

对于水力机组故障分析中，不同特征频率成分对应着不同的故障特征。

征频率成分对应着不同的故障特征。

（3）特征频率11）转频）转频ffnn=nn/606022）卡门涡频率：

高频卡门涡频率：

高频ff=shshww/shsh斯斯特穷哈数特穷哈数（0.18-0.250.18-0.25）ww叶片出水边相对流速叶片出水边相对流速叶片出水边厚度叶片出水边厚度东方电机经验公式东方电机经验公式ff=0.2250.225ww/+0.007+0.00733）叶片通过频率：

叶片通过频率：

ffbb=ffnnZZbb44）导叶通过频率）导叶通过频率ffgg=ffnnZZgg55）尾水管涡带频率尾水管涡带频率ffvv=（1/5-1/3）=（1/5-1/3）ffnn66）导轴承瓦块数频率导轴承瓦块数频率ffBB=ffnnZZBB77）推力轴承瓦块数频率推力轴承瓦块数频率ffTT=ffnnZZTT88）磁拉力不平衡频率磁拉力不平衡频率（2p12p1）ff，kfkfPP为磁极对数，为磁极对数，kk为自然数，为自然数，ff为电源频率：

为电源频率：

50HZ50HZ99）机械缺陷引起的振动频率）机械缺陷引起的振动频率ffqq=kfkfnnKK为自然数为自然数例如：

例如：

22倍频振动原因：

倍频振动原因：

镜板翘曲、多轴段的各段不对中、固定支持部件镜板翘曲、多轴段的各段不对中、固定支持部件存在缺陷等。

存在缺陷等。

（44）轴心轨迹图轴心轨迹图轴心轨迹是指在给定的转速下，轴心相对于轴心轨迹是指在给定的转速下，轴心相对于轴承座或对地，在其与轴线垂直的平面内的运轴承座或对地，在其与轴线垂直的平面内的运动轨迹，这一轨迹为平面曲线，它反映转轴在动轨迹，这一轨迹为平面曲线，它反映转轴在旋转时轴心运动的轨迹。

旋转时轴心运动的轨迹。

（55）空间轴线。

空间轴线。

利用安装间隙、轴利用安装间隙、轴颈半径以及各导轴承颈半径以及各导轴承XX、YY方向轴振信号的幅值方向轴振信号的幅值平均值，求出轴径中平均值，求出轴径中心相对于轴承中心的心相对于轴承中心的偏心距及角度，从而偏心距及角度，从而确定出三个导轴承处确定出三个导轴承处轴径中心的位置，把轴径中心的位置，把这三个中心连接起来，这三个中心连接起来，就得到轴径中心的连就得到轴径中心的连线，即空间轴线。

线，即空间轴线。

（66）瀑布图分析。

瀑布图分析。

又称谱阵图、转速谱图，它是以时间、又称谱阵图、转速谱图，它是以时间、转速、负荷、功率或温度等参量作为第三维座标绘制的频转速、负荷、功率或温度等参量作为第三维座标绘制的频谱曲线集合，取不同的第三维坐标绘制的瀑布图可形象地谱曲线集合，取不同的第三维坐标绘制的瀑布图可形象地展现旋转机械振动信号频谱随上述各种参量的变化过程。

展现旋转机械振动信号频谱随上述各种参量的变化过程。

简言之，瀑布图就是将不同转速或时间或负荷若干个频谱简言之，瀑布图就是将不同转速或时间或负荷若干个频谱图绘制在一张图上，以便观察、比较找出随这些量变化显图绘制在一张图上，以便观察、比较找出随这些量变化显著或较明显的特征参量，它适用于有微小速度波动的稳态著或较明显的特征参量，它适用于有微小速度波动的稳态过程。

过程。

（7）极坐标图它是以各转速下基频幅值A0为向径的模，以相位为向径的幅角，在极坐标平面上绘制的曲线。

（8）波德图。

与极坐标一致。

只是显示倍频矢量的方式不同。

波德图通过平面坐标系。

而极坐标选用的是极坐标系，（99）相关趋势分析相关趋势分析趋势图是分析历史趋势的工具。

它以时间为横坐标，趋势图是分析历史趋势的工具。

它以时间为横坐标，以各通道的均值、峰峰值为纵坐标，显示其随时间的变化以各通道的均值、峰峰值为纵坐标，显示其随时间的变化的趋势。

是分析、预测历史趋势的工具。

同时水电机组的的趋势。

是分析、预测历史趋势的工具。

同时水电机组的动特性试验如：

开机、停机、负荷试验、扰动试验等数据动特性试验如：

开机、停机、负荷试验、扰动试验等数据都可以由趋势图做出。

都可以由趋势图做出。

返回5水轮发电机组振动评价标准目前，世界上还没有一个被普遍接受和采纳的水电机组振动评价标准，我国现有标准也很不完善。

多年来国际电工委员会（IEC）和国际标准化组织（ISO）虽已组织制定国际水轮发电机组的振动规程，且有关国家已先后提出了一些提案，但到目前为止尚未形成正式的国际标准，还需今后进一步研究。

我国现行水轮发电机组允许振动值。

序号项目额定转速（r/min）250375375750振动允许值（双幅值）1立式机组带推力轴承支架的垂直振动0.100.080.070.062带导轴承支架的水平振动0.140.120.100.073定子铁芯部分机座水平振动0.040.030.020.024卧式机组各部轴承垂直振动0.140.120.100.07水轮发电机组各部位振动允许值表水轮发电机组盘车的允许值（双幅值）表轴的名称测量部位摆度的允许值机组额定转速（r/min）1002503756001000发电机轴发电机上、下导轴承处轴领及法兰相对摆度（mm/m）0.030.030.020.020.02水轮机轴水轮机轴承处的轴相对摆度（mm/m）0.050.050.040.030.02发电机上部轴励磁机的整流子绝对摆度（mm）0.400.300.200.150.10发电机轴集电环绝对摆度（mm）0.500.400.300.200.10在GB/T8564-2003水轮发电机组安装技术规范中，对水轮发电机的空气间隙要求各间隙与平均间隙之差不应超过平均间隙值的8%；在DL/T817-2002立式水轮发电机检修技术规程中规定被测间隙值与平均间隙值之差不超过平均间隙值的10%。

图1固定支持部件振动限值（混流式水轮发电机组等）图2固定支持部件振动限值（转桨式水轮发电机组等）图3轴径向振动限值（混流式水轮发电机组等）图4轴径向振动限值（转桨式水轮发电机组等）返回6实例分析机组初次投运时测量得到的振动区，机组在此负荷区较少运行在线系统实际测量得到的振动区+X向测点测得的气隙变化曲线-X向测点测得的气隙变化曲线+Y向测点测得的气隙变化曲线-Y向测点测得的气隙变化曲线横坐标为时间由于定子变形并不一致，转子中心相对定子中心一直向+Y方向发展导致偏心相对增大，在2004-12月后逐渐又向-Y方向发展，偏心相对减小。

谢谢！