张河湾抽蓄电站3号机组异常振动分析与处理

发布时间：2021-03-28 16:51

　　张河湾抽水蓄能电站3号机组在更换水泵水轮机转轮后,进行了一系列的调试试验。在准备甩75%负荷试验的升负荷过程中出现了异常的振动现象,异常振动主要频率成分为202 Hz和196.5 Hz。通过对压力脉动和顶盖振动在时域、频域及时频联合分析后,得出异常振动是转轮叶片出水边的卡门涡频率与转轮固有频率相接近而引发的水力共振现象。后来对叶片出水边进行了修型处理,处理后卡门涡诱发的共振现象消失。 

【文章来源】：中国水利水电科学研究院学报. 2020,18(02)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

升降负荷过程有功功率与压力量时域变化波形

抽水蓄能机组的振动主要由水力、机械和电气三种因素共同作用而产生的[6]。上述异常振动现象只在负荷大于160 MW后出现，由此可知不是机械和电气因素引起的，而是水力因素造成的，且与过机流量存在关系。水力因素主要有尾水管涡带、导叶和转轮之间动静干涉产生的压力脉动、转轮迷宫间隙压力脉动、导叶出口脱流、叶片过流不均以及卡门涡列等[7]，频率成分表现为1/5～1/3倍转频（转频为333.3/60=5.55 Hz）、转频及其倍频、叶片过流频率（叶片数×转频=9×5.55=49.95 Hz）及其倍频和导叶过流频率（导叶数×转频=20×5.55=111.1 Hz）及其倍频，卡门涡频率不是定值，可用如下公式计算得到[8]:式中：f为卡门涡频率；Sr为斯特劳哈数，对于混流式水轮机常取值0.22～0.25;v为卡门涡脱离处的相对流速；d为卡门涡脱离处的特征尺寸，通常为转轮叶片出水边的厚度加边界层的厚度。

为了进一步证实上述分析判断，后来在发生异常振动的工况下进行了高压补气测试，通过无叶区压力测压管路补气后异常振动消失，这是因为高压气体对卡门涡形成了破坏作用。此外，转轮制造厂家利用有限元计算了转轮在水中的固有频率，其中有两阶固有频率与196.5 Hz和202 Hz相接近，如下图6所示，最大振动区域位于叶片出水边中部。综上可见上述分析判断是正确的。图4 转轮出口压力脉动时频分布

【参考文献】：
期刊论文
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[2]抽水蓄能电站水泵水轮机的动静干涉与振动分析[J]. 贾伟,刘晶石,庞立军,吕桂萍,王洪杰.  振动工程学报. 2014(04)
[3]水轮机卡门涡研究进展[J]. 王东,张思青,马国华,张云龙.  水电自动化与大坝监测. 2013(04)
[4]水轮机卡门涡诱发振动分析研究[J]. 宋承祥,德宫·健男,杉下·怀夫.  红水河. 2012(01)
[5]旋转机械非平稳振动信号的时频分析比较[J]. 向玲,唐贵基,胡爱军.  振动与冲击. 2010(02)
[6]大朝山电站转轮叶片的卡门涡共振[J]. 李启章.  水电站机电技术. 2005(S1)
[7]抽水蓄能电站振源特性分析研究[J]. 孙万泉,马震岳,赵凤遥.  水电能源科学. 2003(04)



本文编号：3105912