專利名稱：一種水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試裝置及其減振實(shí)施方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試與控制，特別是一種水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試裝置及其減振實(shí)施方法。
背景技術(shù)：
2009年8月17日，薩揚(yáng)-舒申斯克水電站發(fā)生重大安全事故，先在2#機(jī)組附近發(fā)出一聲巨響，隨后2#水輪機(jī)頂蓋及轉(zhuǎn)子射出，水柱從水輪機(jī)處的空腔噴入主廠房，最終造成水淹廠房、機(jī)毀人亡的慘重后果。前事不忘后事之師，從薩揚(yáng)-舒申斯克水電站重大安全事故中所得到的警示應(yīng)引起我國(guó)水利行業(yè)的重視。事故后分析，機(jī)組的超標(biāo)振動(dòng)是引起該 事故的重要原因之一。引起水力機(jī)組振動(dòng)的因素主要有機(jī)械、水力、電磁三類，并且三類因素引起的機(jī)組振動(dòng)互相聯(lián)系、互相影響。例如，當(dāng)水流流動(dòng)激起機(jī)組轉(zhuǎn)子振動(dòng)時(shí)，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與定子之間會(huì)導(dǎo)致氣隙不對(duì)稱，由此而產(chǎn)生的磁拉力不對(duì)稱又會(huì)加劇機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的振動(dòng)，而轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化又必然對(duì)水輪機(jī)的流場(chǎng)和發(fā)電機(jī)電磁場(chǎng)產(chǎn)生影響。進(jìn)行動(dòng)平衡試驗(yàn)，在發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子上進(jìn)行合理、有效的配重，可有效解決由于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分質(zhì)量分布不均勻造成的機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題。動(dòng)平衡試驗(yàn)的實(shí)質(zhì)是找出轉(zhuǎn)子的不平衡質(zhì)量和位置，目前安裝公司、機(jī)組檢修機(jī)構(gòu)多采用三次試重作圖法。該方法比較復(fù)雜，并且需要多次開關(guān)機(jī)組，一般不少于5次。而且測(cè)試時(shí)未考慮機(jī)組負(fù)荷變化帶來(lái)的影響，使得該實(shí)驗(yàn)并不能最大程度減小水力機(jī)組振動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在針對(duì)上述存在問(wèn)題，提供一種水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試裝置及其減振實(shí)施方法，該測(cè)試裝置可同步減小機(jī)械、水流、電磁不平衡力引起的水電機(jī)組振動(dòng)，考慮到機(jī)組負(fù)荷變化、水流流場(chǎng)變化等的影響，更加有效的減少和控制水力機(jī)組的振動(dòng)，該測(cè)試方法可減少動(dòng)平衡試驗(yàn)時(shí)開機(jī)的次數(shù)，降低測(cè)試成本，提高測(cè)試效率。本發(fā)明技術(shù)方案一種水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試裝置，包括水平振動(dòng)傳感器、磁接近開關(guān)、磁片式固定參考點(diǎn)和信號(hào)采集儀，水平振動(dòng)傳感器共設(shè)置四個(gè)并分別固定在位于轉(zhuǎn)子上面和下面的上、下機(jī)架兩個(gè)支腿上，每個(gè)機(jī)架的外側(cè)安裝的兩個(gè)水平振動(dòng)傳感器互成90度并且上、下機(jī)架上的水平振動(dòng)傳感器方向?qū)?yīng)一致；磁接近開關(guān)固定在上機(jī)架上靠近轉(zhuǎn)軸處，磁片式固定參考點(diǎn)固定于轉(zhuǎn)軸上并與磁接近開關(guān)處于同一水平線上，磁接近開關(guān)與磁片式固定參考點(diǎn)的距離為0. 5-2cm，使得當(dāng)該參考點(diǎn)通過(guò)磁接近開關(guān)時(shí)，開關(guān)為開通狀態(tài)，離開時(shí)開關(guān)為閉合狀態(tài)；水平振動(dòng)傳感器和磁接近開關(guān)分別通過(guò)導(dǎo)線與信號(hào)采集儀連接。一種所述水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試裝置的減振實(shí)施方法，步驟如下I)停機(jī)狀態(tài)安裝測(cè)試裝置，然后啟動(dòng)水力機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)帶負(fù)荷，測(cè)試并記錄不同負(fù)荷下水力機(jī)組的傳感器信號(hào)；
2)選擇水平振動(dòng)幅值最大工況，根據(jù)水平振動(dòng)傳感器測(cè)試的振動(dòng)幅值信號(hào)曲線的波峰、波谷位置與磁接近開關(guān)脈沖信號(hào)位置確定不平衡質(zhì)量位置；3)然后停止機(jī)組運(yùn)行，在水力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子上下端面相應(yīng)位置進(jìn)行等質(zhì)量配重，啟動(dòng)機(jī)組至振動(dòng)幅值最大工況，測(cè)試并記錄相關(guān)信號(hào)；4)接著停止機(jī)組運(yùn)行，等比例改變配重質(zhì)量，啟動(dòng)機(jī)組至振動(dòng)幅值最大工況，測(cè)試并記錄相關(guān)信號(hào)；5)最后根據(jù)兩次配重的振動(dòng)測(cè)試幅值，確定水力機(jī)組轉(zhuǎn)子上下端面的配重量，停止機(jī)組運(yùn)行，按照計(jì)算配重值進(jìn)行配重，完成減小水力機(jī)組振動(dòng)工作，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。

本發(fā)明的有益效果該測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，減振方法易于實(shí)施，效率高，可同步減小機(jī)械、水流、電磁不平衡力引起的水力機(jī)組振動(dòng)，相對(duì)傳統(tǒng)方法更加簡(jiǎn)單，考慮的因素更多，可有效的減少水力機(jī)組的振動(dòng)幅值，增大機(jī)組高效運(yùn)行區(qū)的范圍，以及延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命，測(cè)試成本低，具有很高的實(shí)用價(jià)值。


圖I為該測(cè)試裝置示意圖。圖2為該測(cè)試裝置俯視示意圖。圖中1.上機(jī)架2.下機(jī)架3.轉(zhuǎn)子4- I、4- IK4- IIL4-IV.水平振動(dòng)傳感器5.磁接近開關(guān)6.轉(zhuǎn)軸7.磁片式固定參考點(diǎn)8.信號(hào)采集儀9.導(dǎo)線圖3為以上機(jī)架X方向水平振動(dòng)傳感器為基準(zhǔn)點(diǎn)繪制的相位比較分析圖。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例一種水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試裝置，包括水平振動(dòng)傳感器4- I、4- IK4- IIL4- IV、磁接近開關(guān)5、磁片式固定參考點(diǎn)7和信號(hào)采集儀8，水平振動(dòng)傳感器共設(shè)置四個(gè)4- I、4- II、4-III、4-IV并分別固定在位于轉(zhuǎn)子3上面和下面的上、下機(jī)架1、2兩個(gè)支腿上，每個(gè)機(jī)架1、2的外側(cè)安裝的兩個(gè)水平振動(dòng)傳感器互成90度并且上、下機(jī)架1、2上的水平振動(dòng)傳感器方向?qū)?yīng)一致；磁接近開關(guān)5固定在上機(jī)架I上靠近轉(zhuǎn)軸6處，磁片式固定參考點(diǎn)7固定于轉(zhuǎn)軸6上并與磁接近開關(guān)5處于同一水平線上，當(dāng)該參考點(diǎn)7通過(guò)磁接近開關(guān)5時(shí)，開關(guān)5為開通狀態(tài)，離開時(shí)開關(guān)5為閉合狀態(tài)；水平振動(dòng)傳感器4- I、4- II、4_ III、4- IV和磁接近開關(guān)5分別通過(guò)導(dǎo)線9與信號(hào)采集儀8連接。該水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試裝置的減振實(shí)施方法，水力機(jī)組容量20萬(wàn)kW，配重半徑3m,額定轉(zhuǎn)速為120r/min,步驟如下I)水力機(jī)組停止運(yùn)行，在上下機(jī)架相互垂直的兩個(gè)水平方向(X方向和Y方向)各安裝一支水平振動(dòng)傳感器(DPS-0. 35-5-H);在上機(jī)架X方向靠近轉(zhuǎn)抽處安裝一磁接近開關(guān)(DZJC-2)，并在轉(zhuǎn)軸上安裝固定參考點(diǎn)，磁接近開關(guān)5與磁片式固定參考點(diǎn)7的距離為0. 5cm ;將水平振動(dòng)傳感器、磁接近開關(guān)分別通過(guò)導(dǎo)線與信號(hào)采集儀(NI PXI-6255多功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng))連接。2)開動(dòng)水力機(jī)組，并網(wǎng)帶負(fù)荷，分別在2、4、6、8、10、12、14、16、18、20萬(wàn)kW負(fù)荷下穩(wěn)定運(yùn)行5分鐘，信號(hào)采集儀記錄各負(fù)荷下振動(dòng)幅值和開關(guān)元件產(chǎn)生的脈動(dòng)信號(hào)；繪制各負(fù)荷下傳感器振動(dòng)幅值變化過(guò)程曲線圖，選擇出振動(dòng)幅值最大對(duì)應(yīng)的負(fù)荷工況，此次實(shí)施通過(guò)比較確定最大振動(dòng)幅值對(duì)應(yīng)工況為8萬(wàn)kW ;以上機(jī)架X方向水平振動(dòng)傳感器為基準(zhǔn)點(diǎn)，繪制相位比較分析圖，如圖3所示，從圖中脈沖信號(hào)和振動(dòng)幅值位置可確定不平衡質(zhì)量的相位超前參考點(diǎn)54度，利用其它三支傳感器的測(cè)試數(shù)據(jù)，也繪制相位比較分析圖，校核不平衡質(zhì)量的相位，確保結(jié)果的準(zhǔn)確。3)機(jī)組停止運(yùn)行，在確定的不平衡相位180度方向的水力機(jī)組上下端面配重半徑為3m的相應(yīng)位置，分別配重15kg，開動(dòng)機(jī)組至最大振動(dòng)幅值對(duì)應(yīng)工況，信號(hào)采集儀記錄相關(guān)振動(dòng)幅值信號(hào)。4)機(jī)組停止運(yùn)行，在水力機(jī)組上下端面原有配重位置，分別配重30kg，開動(dòng)機(jī)組至負(fù)荷8萬(wàn)kW，信號(hào)采集儀記錄相關(guān)振動(dòng)幅值信號(hào)。5 )此次實(shí)施選取X方向上下機(jī)架測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。假定上下支架的徑向剛度不變，考慮配重后不平衡質(zhì)量的變化引起的支架振動(dòng)幅值變化，根據(jù)胡克定律和力的平衡，可以算出該水力發(fā)電機(jī)組上下端面各需配重60kg、80kg。具體公式如下 F=kx式中F為荷載，K為剛度，X為位移值。根據(jù)兩次配重的質(zhì)量變化，采用上述公式列離心力和測(cè)試位移值之間的關(guān)系可得到
權(quán)利要求
1.一種水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試裝置，其特征在于包括水平振動(dòng)傳感器、磁接近開關(guān)、磁片式固定參考點(diǎn)和信號(hào)采集儀，水平振動(dòng)傳感器共設(shè)置四個(gè)并分別固定在位于轉(zhuǎn)子上面和下面的上、下機(jī)架兩個(gè)支腿上，每個(gè)機(jī)架的外側(cè)安裝的兩個(gè)水平振動(dòng)傳感器互成90度并且上、下機(jī)架上的水平振動(dòng)傳感器方向?qū)?yīng)一致；磁接近開關(guān)固定在上機(jī)架上靠近轉(zhuǎn)軸處，磁片式固定參考點(diǎn)固定于轉(zhuǎn)軸上并與磁接近開關(guān)處于同一水平線上，磁接近開關(guān)與磁片式固定參考點(diǎn)的距離為0. 5-2cm,使得當(dāng)該參考點(diǎn)通過(guò)磁接近開關(guān)時(shí)，開關(guān)為開通狀態(tài)，離開時(shí)開關(guān)為閉合狀態(tài)；水平振動(dòng)傳感器和磁接近開關(guān)分別通過(guò)導(dǎo)線與信號(hào)采集儀連接。
2.一種如權(quán)利要求I所述水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試裝置的減振實(shí)施方法，其特征在于步驟如下 1)停機(jī)狀態(tài)安裝測(cè)試裝置，然后啟動(dòng)水力機(jī)組至額定轉(zhuǎn)速，并網(wǎng)帶負(fù)荷，測(cè)試并記錄不同負(fù)荷下水力機(jī)組的傳感器信號(hào)； 2)選擇水平振動(dòng)幅值最大工況，根據(jù)水平振動(dòng)傳感器測(cè)試的振動(dòng)幅值信號(hào)曲線的波峰、波谷位置與磁接近開關(guān)脈沖信號(hào)位置確定不平衡質(zhì)量位置； 3)然后停止機(jī)組運(yùn)行，在水力發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子上下端面相應(yīng)位置進(jìn)行等質(zhì)量配重，啟動(dòng)機(jī)組至振動(dòng)幅值最大工況，測(cè)試并記錄相關(guān)信號(hào)； 4)接著停止機(jī)組運(yùn)行，等比例改變配重質(zhì)量，啟動(dòng)機(jī)組至振動(dòng)幅值最大工況，測(cè)試并記錄相關(guān)信號(hào)； 5)最后根據(jù)兩次配重的振動(dòng)測(cè)試幅值，確定水力機(jī)組轉(zhuǎn)子上下端面的配重量，停止機(jī)組運(yùn)行，按照計(jì)算配重值進(jìn)行配重，完成減小水力機(jī)組振動(dòng)工作，機(jī)組恢復(fù)正常運(yùn)行。
全文摘要
一種水電站水力機(jī)組振動(dòng)測(cè)試裝置，包括水平振動(dòng)傳感器、磁接近開關(guān)、磁片式固定參考點(diǎn)和信號(hào)采集儀，四個(gè)水平振動(dòng)傳感器分別固定在上、下機(jī)架兩個(gè)支腿上，磁接近開關(guān)固定在上機(jī)架上，磁片式固定參考點(diǎn)固定于轉(zhuǎn)軸上，水平振動(dòng)傳感器和磁接近開關(guān)分別與信號(hào)采集儀連接；其減振實(shí)施方法是啟動(dòng)水力機(jī)組測(cè)試不同負(fù)荷下水力機(jī)組的傳感器信號(hào)，根據(jù)測(cè)試曲線確定不平衡質(zhì)量位置，在機(jī)組轉(zhuǎn)子上下端面進(jìn)行等質(zhì)量配重，并等比例改變配重質(zhì)量測(cè)試，根據(jù)兩次配重的振動(dòng)測(cè)試幅值，確定水力機(jī)組轉(zhuǎn)子上下端面的配重量。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)該測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，其減振方法易于實(shí)施，效率高，可同步減小機(jī)械、水流、電磁不平衡力引起的水力機(jī)組振動(dòng)，延長(zhǎng)使用壽命。
文檔編號(hào)G01M1/38GK102768101SQ201210256959
公開日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年7月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月23日
發(fā)明者劉昉, 張林彬, 王海軍, 練繼建 申請(qǐng)人:天津大學(xué)