一种水电站水力机组振动测试装置及其减振实施方法

摘要

一种水电站水力机组振动测试装置，包括水平振动传感器、磁接近开关、磁片式固定参考点和信号采集仪，四个水平振动传感器分别固定在上、下机架两个支腿上，磁接近开关固定在上机架上，磁片式固定参考点固定于转轴上，水平振动传感器和磁接近开关分别与信号采集仪连接；其减振实施方法是：启动水力机组测试不同负荷下水力机组的传感器信号，根据测试曲线确定不平衡质量位置，在机组转子上下端面进行等质量配重，并等比例改变配重质量测试，根据两次配重的振动测试幅值，确定水力机组转子上下端面的配重量。本发明的优点：该测试装置结构简单，其减振方法易于实施，效率高，可同步减小机械、水流、电磁不平衡力引起的水力机组振动，延长使用寿命。

说明书

所属技术领域

本发明属于水电站水力机组振动测试与控制，特别是一种水电站水力机组振 动测试装置及其减振实施方法。

背景技术

2009年8月17日，萨扬-舒申斯克水电站发生重大安全事故，先在2#机组 附近发出一声巨响，随后2#水轮机顶盖及转子射出，水柱从水轮机处的空腔喷 入主厂房，最终造成水淹厂房、机毁人亡的惨重后果。前事不忘后事之师，从萨 扬-舒申斯克水电站重大安全事故中所得到的警示应引起我国水利行业的重视。 事故后分析，机组的超标振动是引起该事故的重要原因之一。

引起水力机组振动的因素主要有机械、水力、电磁三类，并且三类因素引起 的机组振动互相联系、互相影响。例如，当水流流动激起机组转子振动时，在发 电机转子与定子之间会导致气隙不对称，由此而产生的磁拉力不对称又会加剧机 组转动部分的振动，而转子运动状态发生变化又必然对水轮机的流场和发电机电 磁场产生影响。

进行动平衡试验，在发电机组转子上进行合理、有效的配重，可有效解决由 于机组转动部分质量分布不均匀造成的机组振动问题。动平衡试验的实质是找出 转子的不平衡质量和位置，目前安装公司、机组检修机构多采用三次试重作图法。 该方法比较复杂，并且需要多次开关机组，一般不少于5次。而且测试时未考虑 机组负荷变化带来的影响，使得该实验并不能最大程度减小水力机组振动。

发明内容

本发明的目的旨在针对上述存在问题，提供一种水电站水力机组振动测试装 置及其减振实施方法，该测试装置可同步减小机械、水流、电磁不平衡力引起的 水电机组振动，考虑到机组负荷变化、水流流场变化等的影响，更加有效的减少 和控制水力机组的振动，该测试方法可减少动平衡试验时开机的次数，降低测试 成本，提高测试效率。

本发明技术方案：

一种水电站水力机组振动测试装置，包括水平振动传感器、磁接近开关、磁 片式固定参考点和信号采集仪，水平振动传感器共设置四个并分别固定在位于转 子上面和下面的上、下机架两个支腿上，每个机架的外侧安装的两个水平振动传 感器互成90度并且上、下机架上的水平振动传感器方向对应一致；磁接近开关 固定在上机架上靠近转轴处，磁片式固定参考点固定于转轴上并与磁接近开关处 于同一水平线上，磁接近开关与磁片式固定参考点的距离为0.5-2cm，使得当该 参考点通过磁接近开关时，开关为开通状态，离开时开关为闭合状态；水平振动 传感器和磁接近开关分别通过导线与信号采集仪连接。

一种所述水电站水力机组振动测试装置的减振实施方法，步骤如下：

1）停机状态安装测试装置，然后启动水力机组至额定转速，并网带负荷， 测试并记录不同负荷下水力机组的传感器信号；

2）选择水平振动幅值最大工况，根据水平振动传感器测试的振动幅值信号 曲线的波峰、波谷位置与磁接近开关脉冲信号位置确定不平衡质量位置；

3）然后停止机组运行，在水力发电机组转子上下端面相应位置进行等质量 配重，启动机组至振动幅值最大工况，测试并记录相关信号；

4）接着停止机组运行，等比例改变配重质量，启动机组至振动幅值最大工 况，测试并记录相关信号；

5）最后根据两次配重的振动测试幅值，确定水力机组转子上下端面的配重 量，停止机组运行，按照计算配重值进行配重，完成减小水力机组振动工作，机 组恢复正常运行。

本发明的有益效果：

该测试装置结构简单，减振方法易于实施，效率高，可同步减小机械、水流、 电磁不平衡力引起的水力机组振动，相对传统方法更加简单，考虑的因素更多， 可有效的减少水力机组的振动幅值，增大机组高效运行区的范围，以及延长机组 的使用寿命，测试成本低，具有很高的实用价值。

附图说明

图1为该测试装置示意图。

图2为该测试装置俯视示意图。

图中：1.上机架  2.下机架  3.转子4-Ⅰ、4-Ⅱ、4-Ⅲ、4-Ⅳ.水平振 动传感器  5.磁接近开关  6.转轴  7.磁片式固定参考点  8.信号采集仪 9.导线

图3为以上机架X方向水平振动传感器为基准点绘制的相位比较分析图。

具体实施方式

实施例：

一种水电站水力机组振动测试装置，包括水平振动传感器4-Ⅰ、4-Ⅱ、4-Ⅲ、 4-Ⅳ、磁接近开关5、磁片式固定参考点7和信号采集仪8，水平振动传感器共 设置四个4-Ⅰ、4-Ⅱ、4-Ⅲ、4-Ⅳ并分别固定在位于转子3上面和下面的上、下 机架1、2两个支腿上，每个机架1、2的外侧安装的两个水平振动传感器互成 90度并且上、下机架1、2上的水平振动传感器方向对应一致；磁接近开关5固 定在上机架1上靠近转轴6处，磁片式固定参考点7固定于转轴6上并与磁接近 开关5处于同一水平线上，当该参考点7通过磁接近开关5时，开关5为开通状 态，离开时开关5为闭合状态；水平振动传感器4-Ⅰ、4-Ⅱ、4-Ⅲ、4-Ⅳ和磁接 近开关5分别通过导线9与信号采集仪8连接。

该水电站水力机组振动测试装置的减振实施方法，水力机组容量20万kW， 配重半径3m，额定转速为120r/min，步骤如下：

1）水力机组停止运行，在上下机架相互垂直的两个水平方向（X方向和Y 方向）各安装一支水平振动传感器（DPS-0.35-5-H）；在上机架X方向靠近转抽 处安装一磁接近开关（DZJC-2），并在转轴上安装固定参考点，磁接近开关5与 磁片式固定参考点7的距离为0.5cm；将水平振动传感器、磁接近开关分别通过 导线与信号采集仪（NI PXI-6255多功能数据采集系统）连接。

2）开动水力机组，并网带负荷，分别在2、4、6、8、10、12、14、16、18、 20万kW负荷下稳定运行5分钟，信号采集仪记录各负荷下振动幅值和开关元 件产生的脉动信号；绘制各负荷下传感器振动幅值变化过程曲线图，选择出振动 幅值最大对应的负荷工况，此次实施通过比较确定最大振动幅值对应工况为8 万kW；以上机架X方向水平振动传感器为基准点，绘制相位比较分析图，如图 3所示，从图中脉冲信号和振动幅值位置可确定不平衡质量的相位超前参考点54 度，利用其它三支传感器的测试数据，也绘制相位比较分析图，校核不平衡质量 的相位，确保结果的准确。

3）机组停止运行，在确定的不平衡相位180度方向的水力机组上下端面配 重半径为3m的相应位置，分别配重15kg，开动机组至最大振动幅值对应工况， 信号采集仪记录相关振动幅值信号。

4）机组停止运行，在水力机组上下端面原有配重位置，分别配重30kg，开 动机组至负荷8万kW，信号采集仪记录相关振动幅值信号。

5）此次实施选取X方向上下机架测试数据进行分析。假定上下支架的径向 刚度不变，考虑配重后不平衡质量的变化引起的支架振动幅值变化，根据胡克定 律和力的平衡，可以算出该水力发电机组上下端面各需配重60kg、80kg。具体 公式如下：

F=kx

式中F为荷载，K为刚度，X为位移值。

根据两次配重的质量变化，采用上述公式列离心力和测试位移值之间的关系 可得到：

$\mathrm{\Delta m}{\omega }^{2}r=k_1(x_1^2-x_1^1)=k_2(x_2^2-x_2^1)$

式中△m两次配重的质量差；ω机组的转角速度；r为配重半径；k₁、k₂分别为上 机架和下机架径向刚度；分别为上机架配重第一次和第二次的测试的位移 幅值；分别为下机架配重第一次和第二次的测试的位移幅值。

根据上式可以算出上机架和下机架径向刚度k₁、k₂。然后在根据配重前的位 移幅值测试结果，采用如下公式：

$m_1{\omega }^{2}r=k_1{x}_1^0$

$m_2{\omega }^{2}r=k_2{x}_2^0$

m₁、m₂为上下机架所需配重质量；分别为上下机架在机组至最大振动幅值 对应工况下，未配重时水平传感器测试的位移幅值。

停止机组运行，水力机组上下端面原有配重位置，分别配重60kg和80kg， 机组恢复正常运行。