白石壁電站機(jī)組異常振動(dòng)處理

唐 擁 軍(國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司技術(shù)中心，北京 100161)

江西白石壁電站最大水頭為31.5 m，最小水頭為19 m，設(shè)計(jì)水頭為24.5 m，原裝機(jī)3臺(tái)630 kW的混流臥式機(jī)組。2013年啟動(dòng)了增容改造項(xiàng)目，將3臺(tái)機(jī)組全部增容至800 kW。增容改造前，水輪機(jī)型號(hào)為HL240-WJ-71，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW630-12/1430，機(jī)組轉(zhuǎn)速為500 r/min。增容改造后，水輪機(jī)型號(hào)為HLA551-WJ-80，發(fā)電機(jī)型號(hào)為SFW800-12/1430，機(jī)組轉(zhuǎn)速為500 r/min。

機(jī)組啟動(dòng)試運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，在出力大于200 kW后，1F至3F機(jī)組噪聲與振動(dòng)都很大，且有隨著出力增加而增大的趨勢(shì)，機(jī)組無(wú)法安全運(yùn)行。為分析解決這個(gè)共性問(wèn)題，對(duì)機(jī)組開(kāi)展了噪聲測(cè)試試驗(yàn)。

1 噪聲測(cè)試

處理前，對(duì)1F機(jī)組進(jìn)行了噪聲測(cè)試，在離尾水錐管約1 m處布置噪聲探頭，如圖1所示。

圖1 噪聲測(cè)點(diǎn)布置位置

各出力工況和噪聲L聲級(jí)、A聲級(jí)及主頻統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1，噪聲L聲級(jí)、A聲級(jí)與機(jī)組出力關(guān)系曲線見(jiàn)圖2，噪聲頻域瀑布圖見(jiàn)圖3。

由測(cè)試結(jié)果可知，機(jī)組噪聲L聲級(jí)、A聲級(jí)隨著機(jī)組出力的增加而增大，在450 kW負(fù)荷時(shí)L聲級(jí)約為105 dB、A聲級(jí)約為94 dB。噪聲主要為41～45 Hz和200 Hz左右的頻率成分。其中41～45 Hz左右頻率成分約為5～5.4倍轉(zhuǎn)頻(轉(zhuǎn)速為500 r/min，轉(zhuǎn)頻為8.33 Hz)，且其分頻幅值呈隨著出力的增加而增大的趨勢(shì)。200 Hz左右頻率成分為2倍極振頻率(2×12個(gè)磁極×8.33 Hz=200 Hz)。這表明，引起機(jī)組振動(dòng)與噪聲過(guò)大的原因是5倍左右轉(zhuǎn)頻的頻率成分。

表1 機(jī)組噪聲L聲級(jí)、A聲級(jí)及主頻統(tǒng)計(jì)

圖2 噪聲L聲級(jí)、A聲級(jí)與機(jī)組出力關(guān)系曲線

圖3 噪聲頻域瀑布圖

2 診斷處理

由上可知，引起機(jī)組振動(dòng)與噪聲過(guò)大的是5倍左右轉(zhuǎn)頻的頻率成分，于是從水輪機(jī)結(jié)構(gòu)中尋找與5倍左右轉(zhuǎn)頻相關(guān)的部件。結(jié)果發(fā)現(xiàn)頂蓋6個(gè)加強(qiáng)筋板過(guò)高是振動(dòng)與噪聲過(guò)大的根源。原因分析如下。

頂蓋加強(qiáng)筋板有6個(gè)，其高度約為6 cm左右，6個(gè)加強(qiáng)筋板分出6個(gè)空腔來(lái)，其中有2個(gè)空腔通過(guò)泄壓孔聯(lián)通，如圖4所示。機(jī)組運(yùn)行時(shí)，6個(gè)空腔內(nèi)將出現(xiàn)有水壓脈動(dòng)的水體，這與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生動(dòng)靜干涉，從而出現(xiàn)5～5.4倍轉(zhuǎn)頻的水壓脈動(dòng)(有2個(gè)空腔通過(guò)泄壓孔聯(lián)通，這很可能是脈動(dòng)頻率不是6倍的原因)有關(guān)，機(jī)組出力越大，6個(gè)空腔內(nèi)的水體壓力越大，從而動(dòng)靜干涉的強(qiáng)度也越大，脈動(dòng)幅值也越大。這就造成機(jī)組振動(dòng)與噪聲隨著出力的增加而增大，這與實(shí)測(cè)結(jié)果一致。因此，機(jī)組振動(dòng)與噪聲過(guò)大應(yīng)該是頂蓋加強(qiáng)筋板高度過(guò)高造成的。

圖4 頂蓋加強(qiáng)筋板

于是對(duì)頂蓋加強(qiáng)筋板進(jìn)行了處理，用薄的鋼板對(duì)頂蓋加強(qiáng)筋板進(jìn)行封閉處理，也就是讓鋼板蓋住6個(gè)空腔。處理后發(fā)現(xiàn)機(jī)組噪聲與振動(dòng)大幅減小，5倍左右轉(zhuǎn)頻的頻率成分基本消除，問(wèn)題得到解決。

3 結(jié) 語(yǔ)

(1)1F至3F機(jī)組均存在振動(dòng)與噪聲過(guò)大的共性問(wèn)題，其噪聲水平隨著機(jī)組出力的增加而增大。噪聲主要頻率成分中的5～5.4倍轉(zhuǎn)頻分量是引起機(jī)組振動(dòng)與噪聲過(guò)大的原因。

(2)頂蓋加強(qiáng)筋板有6個(gè)，其高度約為6 cm左右。6個(gè)加強(qiáng)筋板形成6個(gè)空腔，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，6個(gè)空腔內(nèi)的脈動(dòng)水體，與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生動(dòng)靜干涉，從而造成機(jī)組出現(xiàn)過(guò)大的振動(dòng)與噪聲。頂蓋加強(qiáng)筋板過(guò)高是機(jī)組振動(dòng)與噪聲過(guò)大的根源。

(3)小型機(jī)組生產(chǎn)廠家的技術(shù)力量相對(duì)薄弱，這可為小型機(jī)組廠家在生產(chǎn)水輪機(jī)和處理類似問(wèn)題時(shí)提供技術(shù)參考。

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[1] 梁 興. 水電機(jī)組故障振動(dòng)測(cè)試分析[J]. 中國(guó)農(nóng)村水利水電，2014,(1):165-168.

[2] 田鋒社. 水輪機(jī)壓力脈動(dòng)測(cè)試的分析與探討[J]. 水利水電科技進(jìn)展，2006,(4).