Engineering Equipment and Materials | 工程设备与材料 |
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2019年第23期
梅宜才
（湖北大别山发电有限公司，湖北 黄冈 438300）
摘 要：通过对氢冷器冷却水管振动原因进行分析，得出氢冷器冷却水管振动是由定子铁芯电磁激振所引起的，通过在氢冷器与进、出口水管之间加装金属软管作为膨胀节，吸收氢冷器传递的二倍频电磁振动，可有效解决氢冷器冷却水管振动问题。
关键词：发电机；氢冷器；水管振动；解决方案中图分类号：TM31 文献标志码：A 文章编号：2096-2789（2019）23-0097-02
作者简介：梅宜才（1986—），男，工程师，研究方向：电力工程技术。
发电机的氢气冷却器是安装在发电机本体上的重要组成部分，起着交换发电机内氢气热量的作用。氢冷器管中循环流动的冷却水将发电机运行中产生的热量传给水散发出去，以保证发电机的安全运行。氢冷器与外部连接管道系统如出现振动，将会直接影响发电机组的安全运行。
湖北大别山发电有限公司装有2台600MW 级汽轮发电机组，一段时间以来，发电机氢冷器与外部连接冷却水管振动日趋严重，部分管段振动达到32mm/s 以上。冷却水管的剧烈振动导致进、出水管系与汇流母管之间的接口焊封出现裂缝，水管内的水向外喷射，并导致进水门处阀杆振动强烈。为降低冷却水管振动，保证机组安全可靠运行，我们对冷却水管振动进行了测试与分析，并采取了相应的减振措施，获得了良好的减振效果。
1 氢冷器冷却水管振动情况
1.1 氢冷器冷却系统
发电机定子两侧各有2组氢冷器，悬挂在定子外壳上，每组氢冷器的冷却水管都是由进水管和出水管组成，一台发电机合计有8根水管，如图1所示。冷却水管直径Φ216mm ，进水压力0.45MPa ，进水温度38℃，出水温度45.3℃，冷却水流量500m 3/h 。冷却水管直接连接在发电机氢冷器底部进出口法兰上。
1.2 进水门附近管道振动
现场观察发现，冷却水进、出水管及其与回水管之间的连接管段振动剧烈。裸眼可见进水门处阀杆振动剧烈，手握阀杆有强烈的“麻手”感觉，呈现“高频大幅”特征。在与汇流管轴线平行和垂直的方向上布置多个振动速度传感器，采用美国IOTECH 公司生产的652U 动态信号分析仪测试管道振动特性。信号分析时采用振动
速度信号，采样频率取100KHz ，采样时间取1s 。
测试发现，各点振动波形和频谱特征相似。可以看出，管道振动以100Hz 为主，含有少量50Hz 和150Hz 分量。进水门附近各测量点的振动速度如表1所示。由表1可知，出水管、进水管和汇流管的振动速度值都较大，最大振速达到38.21mm/s 。
1.3 汽机房6.9m 平台管道振动
为了分析管道振动情况，顺着管道走向，在6.9m 平台处对管道振动进行了测试。和进水门附近的测试结果相同，振动同样是以100Hz 高频分量为主。6.9m 平台处管道振动速度如表2所示。由表2可知，6.9m 平台处管道振动比进水门处更大，最大振动达到99.8mm/s 。
1.4 汽机平台氢冷器和发电机定子振动
在汽机平台上对氢冷器和发电机定子振动进行了测试。振动同样是以100Hz 高频分量为主，包含一定幅
度的50Hz 和200Hz 分量。汽机平台处氢冷器和发电机定子振动速度如表3所示。由表3可知，发电机定子振动升侧大于炉侧，氢冷器处定子振动比两侧大，导致外挂于其上的氢冷器振动也很大，达到20.11mm/s 。
2 振动原因分析
从下端进水门到上端发电机平台，氢冷器冷却水系统的管道振动都是以100Hz 为主，该频率分量是导致管道振动的根本原因。高频振动对管道疲劳损伤的危害较大。
由于管道振动频率精确等于100Hz ，可以排除流体
表2 6.9m 平台处管道振动速度
测点振速/mm·s -1
阀门方向回流管轴向冷水管
21.8117.84出水管#2管16.2523.52出水管#3管40.819.28出水管#4管
20.28
99.85
表1 进水门处管道振动速度
测点振速/mm·s -1
阀门方向回流管轴向进水门18.7738.21进水管32.229.05
回流管26.72出水管
11.23
16.08图 1 发电机和氢冷器外形图
氢冷器
2019年第23期
发电机而言，转子加励磁后，相当于旋转的电磁铁，对定子铁芯产生磁拉力，使铁芯产生频率为100Hz 的椭圆形振动。定子铁芯的振动传递到定子和基座上后，将引起机座振动。该型发电机的氢冷器悬挂在定子外壳上，定子振动同样会传递到氢冷器上。
测试结果也表明，定子振动两侧较小，在氢冷器附近定子振动最大，并导致氢冷器振动。由于进、出水管道与氢冷器直接连接，氢冷器的振动会导致冷却水管的顶端受到100Hz 的激励力作用，在该力的作用下，整个冷却管系出现振动。为了进一步验证管道振动原因，利用机组启机机会，测试了机组在3000rpm 定速和励磁升压过程中的振动情况。试验发现，励磁升压前管道振动较小，励磁升压过程中定子、氢冷器和冷却水管上振动普遍增大，频率成分为100Hz 。该试验确认冷却水管高频振动是由于发电机定子铁芯电磁激振所引起的。
3 解决方案
氢冷器冷却水管振动是由于定子铁芯电磁激振所引起的。该厂这种型式的氢冷器，由于其悬挂在发电机定子外壳上，定子铁芯的电磁振动特别容易通过定子传递到氢冷器上。氢冷器与冷却水管采用硬连接方式，导致冷却水管系顶端受到100Hz 激励力作用，并进而诱发整个管系的振动。
发电机定子的二倍频振动主要是由于电磁激振所引起的，与定子结构、隔振设计、定子支撑刚度和结构刚度等有关。由于发电机结构设计和安装状态等都已确定，减小电磁激振力和提高定子刚度都很困难，现场降低定子二倍频振动的难度较大。氢冷器悬挂在定子外壳上，其连接刚度也难以改变。
由前面分析可知，冷却水管的振源在氢冷器处。如果在氢冷器与进、出口水管之间加装金属软管（其规格：PN2.5，DN200，L=500）作为膨胀节，吸收氢冷器传递的二倍频电磁振动，就有可能缓解电磁激
振所带来的不
利影响。该方案简便可行，现场具备可操作性。
利用机组停机机会，在氢冷器与管道之间加装了4个膨胀节，如图2所示。
改造后的管道振动情况如表4所示。比较表1和表4可以看出，加装膨胀节后，进水门处管道振动明显减小。
4 结束语
通过在氢冷器与冷却水管之间加装膨胀节，可以有效地吸收氢冷器振动，减小振动自顶端向整个管系的传递。在上述改进基础上，如果同时采取管道加固措施，将会进一步减小振动，在设备制造和安装时如能够关注到此项措施的实施，将会提高运行的可靠性。
参考文献：
[1]汪耕，王作民，邵亚声，等.汽轮发电机的振动问题(上)[J].
振动与冲击,1999(4):3-7+90.[2]张振兴，李建勇，余成长，等.1000MW 机组定子冷却水管道
振动原因分析及治理[J].浙江电力,2011,30(7):44-46.[3]李明涛，尚念青，王国栋.1000MW 机组末级低加疏水管道振
动原因分析与处理[J].神华科技,2017,15(12):58-61.[4]唐建伟.600MW 空冷机组凝结水再循环管道振动原因分析与
治理[A].中国电机工程学会火力发电分会.第九届电站金属材料学术年会论文集(第二卷)[C].中国电机工程学会火力发电分会：中国动力工程学会,2011:4.[5]周富涛.大亚湾核电站发电机定子冷却水泵组振动高原因
分析及解决方案[J].机械,2007(S 1):131-133.
图2 加装膨胀节后的管道
膨胀节
表4 进水门处管道振动速度
测点振速/mm·s -1
阀门方向回流管轴向进水门8.129.18进水管7.62 6.25
回流管9.19出水管
南阳水氢发动机5.56
8.28
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