水力發(fā)電機組運行中振動產生的原因分析

摘要:水力發(fā)電機組的振動是水電站存在的一個普遍問題，直接影響機組的使用壽命和經濟效益的提高。結合工程實例，分析探討了機組產生振動的原因，通過在工作中出現的問題，針對性的對工作實踐中出現的問題，進行查找出振動的原因問題所在，以確保機組安全運行更好的進行運行工作。

關鍵詞:機組;振動;分析

1 水力發(fā)電機組振動的危害體現:

水力發(fā)電機組振動的危害。振動是旋轉機械不可避免的現象，若能將其振幅限制在允許范圍內，就能確保機組安全正常運行。但較大振動對機組安全是不利的，會造成如下危害:

1.1 使機組各連接部件松動，使各轉動部件與靜止部件之間產生摩擦甚至掃膛而損壞;

1.2 引起零部件或焊縫的疲勞、形成并擴大裂縫甚至斷裂

1.3 尾水管低頻壓力脈動可使尾水管壁產生裂縫;

當其頻率與發(fā)電機或電力系統(tǒng)的自振頻率接近時，將發(fā)生共振，引起機組出力大幅度波動，可能會造成機組從電力系統(tǒng)中解列，下面介紹下機械振動的原因具體分析如下:

2 機械掘動

由于機組機械部分的慣性力、摩擦力及其他力的干擾造成的振動叫做機械振動。

引起機械振動的因素有:轉子質量不平衡、機組軸線不正、導軸承缺陷等特子質量不平衡。由于轉子質量不平衡，轉子重心與軸心產生一個偏心距。當主軸旋轉時，由于失衡質量離心慣性力的作用，主軸將產生彎曲變形。軸變形越大，振動也越嚴重。在制造時，要進行轉于的靜平衡、動平衡試驗，使不平衡重量盡可能小，從根本上消除這種振動的原因。

軸線不正:機組軸線不正會引起兩種形式的振動，弓狀回旋.由于轉子、轉輪幾何中心偏離旋轉中心，運行中會產生橫向及縱向振動，直接形成回旋對推力軸承、導軸承均構成威脅，還能增大離心慣性力，兩者都使振幅增大。從運行角度分析，一般出現在投運年限較長，各導軸承間隙大，沒能及時修復，或者檢修質量不良等情況下。

另外一種是擺振:在動水壓力下，推力軸承處發(fā)生擺振。為此，在安裝和檢修時必須找正軸線，調整各導軸承的間隙在允許范圍內。對新投產的機組，一般不會由于軸線不正而引起劇烈振動，但對于運行一段時間后的機組，由于某種原因使軸線改變，如推力頭與軸配合不嚴密、卡環(huán)不均勻壓縮、推力頭與鏡板間的墊變形或破壞等，都會引起機組振動導軸承缺陷:當導軸承松動、剛性不足、運行不穩(wěn)而潤滑不良時，會發(fā)生摩擦，引起反向弓狀回旋，即橫向振動力。導軸承間隙過小，會把轉軸的振動傳給支座和基礎，導軸承間隙過大，轉軸振動大。適當的導軸承間隙，才有可能同時保證轉軸與支座的振動均在允許范圍內。

3 水輪發(fā)電機振動原因分析

3.1 水力因素

振動的水力因素系指振動中的干擾力來自水輪機水力部分的動水壓力。其特征是帶有隨機性，且當機組處在非設計工況或過渡工況運行時，因水流狀況惡化，機組各部件的振動亦明顯增大。由于單位體積水流的能量取決于水頭，所以機組的振動一般是隨水頭的降低而減弱，高水頭、低負荷時振動相對而言較為嚴重。產生振動的水力因素主要有:水力不平衡、尾水管低頻水壓脈動、空腔汽蝕、卡門渦列、間隙射流等。

3.1.1 水力不平衡

具有位能和動能的水流通過蝸殼的作用形成環(huán)流，再通過分布均勻的固定和活動導葉均勻作用于轉輪激發(fā)轉輪旋轉。由于加工和安裝誤差，使導水葉葉片流道的形狀與尺寸差別較大時，作用于轉輪的水流失去軸對稱時就產生一個不平衡橫向力，引起轉輪振動，在空載或低負荷運行時振動強烈。

3.1.2 尾水管低頻水壓脈動

水輪機在非設計工況下運行時，由于轉輪出口處的旋轉水流及脫流旋渦和汽蝕等影響，在尾水管內常引起水壓脈動.尤其是在尾水管內出現大渦帶后，渦帶以近于固定的頻率在管內轉動，引起水流低頻壓力脈動.當管內水流一經發(fā)生，壓力脈動就會激起尾水管壁、轉輪、導水機構、蝸殼、壓力管道的振動.

3.1.3 空腔汽蝕

水流通過水輪機時，其流向、流速隨流道改變，在流速增高或脫流部位壓力降低到汽化壓力時水流中產生汽泡，汽泡進入高壓區(qū)潰滅時便會出現汽蝕.汽蝕發(fā)生時，在汽蝕部位會發(fā)生特殊的噪聲和撞擊聲?？涨黄g是流道中因漩渦帶引起脫流、負壓而造成的壓力交變產生的振動。由空腔汽蝕引起機組的頂蓋和推力軸承出現劇烈的垂直振動，它比橫向振動的危害更大。

3.1.4 卡門渦列。恒定流束繞過物體時，在出口邊的兩側出現漩渦，形成旋轉方向相反、有規(guī)則交錯排列的線渦，進而互相干擾、互相吸引，形成非線型的渦列、俗稱卡門渦列當卡門渦列的沖擊頻率接近于轉動體葉片的固有頻率時，將產生共振，并拌有較強的且頻率比較單一的噪聲和金屬共鳴聲。

3.1.5 間隙射流。在軸流式水輪機中，葉片和轉輪室間隙處由于正背面壓差的存在，會形成一股射流，其速度很高。由于轉輪的旋轉，對轉輪室某一部位來說，交替的出現瞬時壓力升高和降低，形成周期性的壓力脈動。這種壓力脈動會引起轉輪室振動。

4 磁振動由發(fā)電機電磁部分的電磁力的干擾造成的振動叫做電磁振動。引起電磁振動的因素有:發(fā)電機二相不對稱運行、發(fā)電機突然短路等。

4.1 發(fā)電機三相不對稱運行

發(fā)電機運行時，會發(fā)生三相不平衡負載，引起三相電流不平衡。三相不平衡電流會在三相繞組中產生一個正序旋轉磁場和一個負序旋轉磁場。當負序磁場對著水力發(fā)電機轉子縱軸附近時，因氣隙小，磁阻小，磁力線就多，轉子和定子間的作用力就大。當負序磁場對著轉子橫軸附近時，因氣隙大，磁阻大，磁力線就少，轉子與定子間的作用力就小。這樣，負序磁場和轉子之間的作用力時大時小，就使力矩變成兩倍于周波數的頻率而脈動，造成轉子及定子機座的振動。

4.2 發(fā)電機突然短路

發(fā)電機突然短路會使定子繞組的端部受到很大的電磁力的作用。這些力包括定于繞組端部相互間的作用、定子繞組端部與轉子繞組端部相互間的作用力以及定于繞組端部與鐵芯之間的作用力。另外，發(fā)電機突然短路還使轉子軸受到很大的電磁力矩作用，所受力矩分為兩種:一種是短路電流中使定子、轉子繞組產生電阻損耗的有功電流分量所產生的阻力矩，另一種是突然短路過度過程中才出現的沖擊交變力矩。這些電磁力及電磁力矩能使發(fā)電機組受到劇烈的振動，并給發(fā)電機部件帶來危害。

此外，非同期并列、系統(tǒng)故障、雷擊也會使發(fā)電機組產生電磁振動。

綜上所述，水力發(fā)電機組運行中出現的震動原因在所難免，我們要從以上3大方面進行防護于未然，協(xié)調好以上范圍值。和可能出現的這些客觀情況進行有效的分析和防控采取有效措施進行消除故障。

參考文獻

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[2]《水電機組狀態(tài)檢修的實施及關鍵技術》.水力發(fā)電.2004年第4期.