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分析水轮发电机电磁振动及噪声改造

北极星环境监测网  来源:《基层建设》  作者:张永峰 张先斌  2019/11/21 14:34:24  我要投稿  

北极星环境监测网讯:摘要:当今是资源极度重要的时代,水力资源是世界上重要的能源资源之一,水轮发电机能够将水能转化为电能,从而为社会生活带来了很多的便利。水轮发动机效果的优劣可以通过其发生产生的振动及噪音得到初步判断,故而对水轮发电机的振动分析是一个至关重要的环节。该文主要是研究水轮发电机在电磁振动方面的内容,分析其所带来的影响,并追根溯源,找到导致电磁振动的原因,进而研究能够减少振动的对策,做好噪声改造工作。

前言

人們的生产生活需要消耗大量的能源资源,但是很多的资源是不可再生的,一旦用尽,将不会生成。因此必须要对资源进行有效的配置,利用水轮发电机将水力资源转化为电力资源就是有效配置资源的一种方式。但是水轮发电机的工作过程中会由于机组、水力和电流的原因而产生振动,引起噪音的产生,对此必须采取措施进行改造。

1 水轮发电机电磁振动分析

1.1 电磁振动简介

现在是电子科技飞速发展的时代,人们的生活几乎离不开电力资源,水轮发电机的创造使电力资源的获得变得更加容易。不同于使用柴油发电机时成本消耗大,利用水轮发电机进行电能转化在一定程度上来说是比较节省成本的。但是在水轮发电机运转工作的过程中,机器会经常发出一些噪声。众所周知,声音是由于物体振动而产生的。水轮发电机所产生的噪音也是由于机器在工作过程中发生了振动而导致的。水轮发电机的振动分为几类,该文主要研究其电磁振动。所谓电磁振动,是指水轮发电机在工作过程中,机组内部的电流产生电磁效应,造成磁场的产生。而且,在这过程中所产生的电磁场不是固定不变的,而是在不断变化的。此时,水轮发电机内部的定子铁芯就会受到变化的磁场的影响,被电磁波所干扰,进而产生电磁振动。这种电磁振动的现象比较明显,从外部可以看到水轮发电机机身明显振动,并伴随着噪声的发出。

1.2 电磁振动的影响

机械在运转过程中经常会由于内部组件的摩擦而产生振动,也会由于内部的气流或是电磁力的引力而导致振动,这些振动难以消除,但是在一定程度上是可以进行控制的。众所周知,机械的振动会对机器自身安全运行造成极大的危险。同样,水轮发电机产生的电磁振动,也会造成很大的影响。一方面是振动所引起的噪声影响。噪声会对环境造成破坏,属于声污染,会对周围工作人员的身体健康产生影响。另一方面是振动对机器所造成的安全影响,这个是最为重要的一个方面,不可忽视。定子铁芯振动,会对绝缘层造成磨损,导致绝缘层破裂,进而造成漏电、接地、短路等安全问题。除此之外,如果振动传到了定子机架,可能会对机器的其他零部件产生干扰,一旦机器内部组件产生共振,将会导致定子和基础失衡,最终造成机器毁损的严重后果。这些问题都是极为严重的,必须严肃对待。总的来说,水轮发电机的电磁共振所产生的影响不只是噪音干扰,而是会对机器本身造成一定的损害,也会影响到机器的正常运转,减少机器的使用寿命。

1.3 电磁振动的原因

任何问题的产生都是有相关原因的,根据水轮发电机的基本构造以及产生电磁振动的物理学原理进行分析,可以大致得出造成水轮发电机产生电磁振动的原因。根据物理学中的磁场相关理论,由于发电机在运行过程中,电流之间形成了电磁场,在磁场的作用下,发电机的内部零件振动,形成了电磁振动。可以将导致这种现象的原因分为两类:发电机短路和发电机不对称运行。进一步分析,一方面,发电机短路,对于研究用电器的安全问题,短路分析是必须要分析的一个环节。发电机短路会使得水轮发电机内的转子受到机器内的作用力影响,进而对机器造成危害。另一方面,发电机不对称运行,发电机内部的电流会由于发电机的不对称运行而失衡,就会产生一个正序和负序的旋转磁场。而发电机的定子和转子之间会受到这种旋转磁场的作用,这就会使得定子与转子之间产生电磁振动。

2 水轮发电机的噪声改造对策

2.1 选择定子槽数

根据电磁学原理,水轮发电机在工作时,当电流通过定子绕组时会产生分数谐波磁场,与此同时,在气隙中也形成了气隙主波磁场,这两种磁场之间会产生一种相互作用力,在这种力的作用下会形成激振力波,最终导致水轮发电机高频振动。因此,可以通过对分数次谐波磁场的控制进而对水轮发电机的电磁振动进行控制,改造其噪声。对此,可以对水轮发电机的定子槽数进行重新确定。实验证明,将发动机的定子槽数根据实际情况重新选择,可以有效地降低这种电磁振动。在确定定子槽数时,可以从多个方面进行考虑:第一,新确定的定子槽数必须使次谐波的幅值大幅降低;第二,定子一阶齿在电流作用下会产生谐波,该谐波与转子所产生的高次谐波之间会产生一种力波,必须要控制这种力波所对应的铁芯固有频率与激振力的频率有一定差距,不可太过接近;第三,控制处于低节点的力波所对应的定子铁芯的固有频率应该尽可能地与100Hz有更远的差距。

2.2 改造定子铁芯

由于引起电磁振动的电磁场主要在定子铁芯周围形成的,因此对定子铁芯进行改造也是一种控制电磁振动、改造水轮发电机噪声的有效方法。通过分析定子的组成以及电磁振动的原理,可以从3个方向对水轮发电机的定子铁芯进行改造:定子铁芯轭齿比、铁芯压紧方式、定子用铜量。首先,对于定子铁芯轭齿比的改造。实验发现,在发电机在振动的情况下,定子齿部会不断地振动,这就容易使得定子齿部割裂线棒的绝缘层,造成设备故障。因此,通过改变定子铁芯轭齿比,压紧齿部,减小齿部在电磁场的作用下的振动幅度,就可以在一定程度上降低设备故障的可能性。同时,这样也可以避免定子齿部因振动频繁而造成断裂的问题。其次,对于铁芯压紧方式进行改造,使铁芯尽可能地压紧,令定子铁芯在工作过程中不会出现松动的迹象。对于铁芯两端,也可以通过加强两端的粘性,保证铁芯整体的一体化,从而降低铁芯的振动频率。最后,对于定子用铜量,由于电流是通过铜制的定子进行传导的,增加定子的用铜量,就能够使电流密度有所降低,进而降低发电机机组的热负荷,最终起到降噪的作用。

2.3 控制线棒温度

研究表明,温度因素会对水轮发电机内的电磁振动产生一定的影响,故而,做好机器内部的工作环境的温度控制,也可以进一步减少噪音的产生。对于水轮发电机的电磁振动,可以通过对定子线棒的温度进行控制,降低线棒的温度,以达到最终目的。对此,可以从定子线棒的材料、绕组方式以及绝缘体系进行改造。对定子线棒的构成材料改造,应使用双玻璃丝包线的定子线棒;对绕组方式进行分析,发电机机组的定子绕组方式为单匝式绕组更有助温度的控制;对线棒的绝缘体系进行分析,采用更为高效的绝缘系统,使定子槽内的传热得到有效的传递,提高绝缘传热系数,最大限度地将线棒中由于电流而产生的热量传递出去,降低线棒的温度。

3 结语

为了应对社会日益增长的用电需求,人们创造了水轮发电机,将蕴藏在水资源中的能量转换到电力之中,极大地方便了社会生产生活。但是实验发现,水轮发电机在工作过程中会由于电磁振动产生噪音。通过分析发现,水轮发电机产生电磁振动主要是由于发电机短路和发电机运行不对称造成。而振动不仅会产生噪声,还会影响机器自身的运行。对此,可以从定子槽数、定子铁芯的构造、定子线棒的温度这三个方面去进行改造,降低噪音。


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