水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)分析

摘要：水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)是水電站常常出現(xiàn)的普遍現(xiàn)象，主要存在設(shè)計(jì)、安裝、運(yùn)行等方面的原因，在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)不同程度的振動(dòng)，如果振動(dòng)的幅度超過(guò)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，就會(huì)影響水輪發(fā)電機(jī)組的正常運(yùn)行。文章結(jié)合水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行中存在的問(wèn)題，對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)的解決方法進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；機(jī)械振動(dòng)；水電站；水力振動(dòng)；電磁振動(dòng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM612 文章編號(hào)：1009-2374（2015）33-0070-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.33.038

1 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)

1.1 概述

水輪發(fā)電機(jī)的振動(dòng)和其他機(jī)械的振動(dòng)在一定方面上是有不同之處的，而它們的相同之處都是利用本身的機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)去引起振動(dòng)，而且在水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的時(shí)候需要考慮水輪過(guò)水流動(dòng)的各個(gè)部分流動(dòng)壓力和各個(gè)部件的影響，機(jī)組是靠機(jī)械、電磁、流體三部分相互作用力的影響下進(jìn)行正常的運(yùn)動(dòng)，比如：水流引起機(jī)組的振動(dòng)的時(shí)候，發(fā)電機(jī)組的定子和轉(zhuǎn)子之間會(huì)出現(xiàn)縫隙大等問(wèn)題，這會(huì)導(dǎo)致定子之間和轉(zhuǎn)子之間的空隙擴(kuò)大導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的不平衡，如果轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間發(fā)生變化，那么發(fā)電機(jī)的磁場(chǎng)和水流流場(chǎng)都會(huì)受到影響，最后使水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)時(shí)出現(xiàn)一系列的問(wèn)題，所以說(shuō)水流流體、電氣和機(jī)械是導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的問(wèn)題所在，如果只在這三者的關(guān)系上去研究水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)是不夠的，我們最好從機(jī)械、電氣和水力這三大方面進(jìn)行探討研究，并和管理、檢修人員進(jìn)行討論，最后能夠找出方法去解決它。

1.2 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的類別

一些常規(guī)的振動(dòng)在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中是無(wú)法避免的。在混流式的水輪中，尾水管渦帶的壓力和補(bǔ)平衡力是導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的最主要的兩個(gè)因素，不經(jīng)常出現(xiàn)的振動(dòng)方式有三種情況，主要是共振、自激振動(dòng)和水體共振，任何部分的水體部分都有可能發(fā)生振動(dòng)，在水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)時(shí)，最經(jīng)常出現(xiàn)的一個(gè)問(wèn)題是轉(zhuǎn)子不平衡，這種問(wèn)題的出現(xiàn)一般的根源就是在轉(zhuǎn)動(dòng)部分最為常見(jiàn)，主要包括電氣、水力和機(jī)械的不平衡，而不平衡的頻率和轉(zhuǎn)速頻率是一樣的。

2 引起機(jī)械振動(dòng)的主要因素及危害

在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)機(jī)械振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)是由機(jī)組機(jī)械的摩擦力等其他力的干擾而引起的振動(dòng)，主要由機(jī)組軸線不正、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、導(dǎo)軸承缺陷等因素引起的機(jī)械振動(dòng)。

2.1 轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸心和重心產(chǎn)生偏心距，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)子質(zhì)量會(huì)偏離重心，主軸會(huì)彎曲變形，主軸的變形量和振動(dòng)的幅度有很大的關(guān)聯(lián)且成正比例關(guān)系，在制造之前要對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡等試驗(yàn)，這樣可以保證轉(zhuǎn)子重量平衡，也可以消除振動(dòng)的問(wèn)題。

2.2 軸線不正

軸線不正會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)的弓形旋轉(zhuǎn)、增大離心慣性力兩個(gè)問(wèn)題，其中弓形旋轉(zhuǎn)主要是指轉(zhuǎn)輪幾何中心和轉(zhuǎn)子偏離旋轉(zhuǎn)中心，會(huì)讓振動(dòng)的方向向著縱向或者橫向的方向發(fā)展，這對(duì)導(dǎo)軸承和推力軸承有很大的影響作用，這兩個(gè)因素都會(huì)使振動(dòng)的幅度增大，在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)軸承的間隙特別大、使用壽命比較長(zhǎng)等情況。另一種情況是推力軸承處會(huì)發(fā)生擺正等現(xiàn)象，為了防止這些情況對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的影響，在安裝時(shí)我們一定要對(duì)軸線進(jìn)行檢查并調(diào)整各軸承之間的間隙。

2.3 導(dǎo)軸承缺陷

在運(yùn)行的過(guò)程中導(dǎo)軸承出現(xiàn)不平穩(wěn)等不良狀況時(shí)，會(huì)讓弓狀出現(xiàn)橫向振動(dòng)，使導(dǎo)軸承出現(xiàn)摩擦等癥狀，會(huì)使導(dǎo)軸承間隙過(guò)大、轉(zhuǎn)軸振動(dòng)過(guò)大，所以我們必須調(diào)整導(dǎo)軸的間隙，這樣才會(huì)讓支座的振動(dòng)和轉(zhuǎn)軸之間能夠在規(guī)定的范圍內(nèi)振動(dòng)。

2.4 水力振動(dòng)

受到水輪機(jī)水力壓力的影響而造成的水力振動(dòng)，主要是由渦力、水力不平衡等因素造成的：

2.4.1 水力不平衡。水輪的振動(dòng)是因?yàn)樗魇テ胶舛斐傻?，這主要是因?yàn)檫^(guò)流通道兩邊不對(duì)稱，比如：渦殼的形狀沒(méi)有達(dá)到所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，那么導(dǎo)葉就不會(huì)均勻擴(kuò)張，會(huì)導(dǎo)致輪船兩邊的壓力不勻、在流道中有不明物質(zhì)等問(wèn)題。

2.4.2 尾水管中水力不穩(wěn)定、不平衡。由于尾水管中的水壓周期性不穩(wěn)定導(dǎo)致尾水管的水力不穩(wěn)定，壓力脈動(dòng)會(huì)使機(jī)組振動(dòng)，同時(shí)會(huì)對(duì)尾水管造成威脅，如果圓周分量的旋流的分量達(dá)到一定的值時(shí)，會(huì)使尾水管發(fā)生周期性的變化、會(huì)引起管壁的振動(dòng)、會(huì)影響水輪機(jī)組的正常運(yùn)行。

2.4.3 渦列。當(dāng)水流直接從流口流出時(shí)，會(huì)在流口周圍發(fā)生渦列，讓對(duì)葉相互攻擊，在水頭和開度時(shí)會(huì)發(fā)生渦列的振動(dòng)，會(huì)使輪周圍產(chǎn)生裂紋，所以在水力方面都會(huì)存在一個(gè)振動(dòng)區(qū)，為了讓機(jī)組正常運(yùn)行，我們一定要及時(shí)找出方法去解決它。

2.4.4 電磁振動(dòng)。電磁振動(dòng)是發(fā)電機(jī)在運(yùn)行時(shí)由于電磁力的干擾而引起的電磁振動(dòng)。主要由于發(fā)電機(jī)的短路和發(fā)電機(jī)不對(duì)稱的運(yùn)行引起的情況：（1）發(fā)電機(jī)三相不對(duì)稱運(yùn)行會(huì)引起三相的電流不平衡，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)正序和負(fù)序的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，負(fù)序的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子附近運(yùn)行時(shí)，會(huì)根據(jù)間隙的大小和磁阻的大小會(huì)讓轉(zhuǎn)子和定子之間產(chǎn)生不同的作用力，會(huì)使力矩之間以兩倍的頻率去振動(dòng)，最后使轉(zhuǎn)子和定子之間振動(dòng)；（2）發(fā)電機(jī)短路。發(fā)電機(jī)在工作時(shí)出現(xiàn)短路的狀況會(huì)使轉(zhuǎn)子受到定于繞組端部與鐵芯之間的作用力，并給發(fā)電機(jī)部件帶來(lái)危害。

3 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的處理方法

第一，面對(duì)這一系列問(wèn)題，我國(guó)相關(guān)技術(shù)人員經(jīng)過(guò)討論和研究制定了一些措施，把機(jī)組中的機(jī)架清除掉，在此基礎(chǔ)上澆混凝土，重新改正下機(jī)架中心，在進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)的時(shí)候要準(zhǔn)備好拆機(jī)的維修工作，我們需要在水輪機(jī)大軸法蘭和發(fā)電機(jī)大軸法蘭之間加一個(gè)0.35mm的缸筒進(jìn)行盤車工作，這樣才能達(dá)到對(duì)各個(gè)道軸承的擺度值。

第二，完成開機(jī)工作以后，我們要對(duì)各個(gè)設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，在帶負(fù)電荷等正常情況下的振動(dòng)參數(shù)要符合規(guī)定的要求，一般都在15MW左右，水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)的雙幅一般都為0.03。

第三，為了讓該電站機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性更強(qiáng)，我們必須經(jīng)過(guò)專業(yè)的工作人員對(duì)機(jī)組進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，為了避免機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)的不平衡轉(zhuǎn)動(dòng)，我們一般在轉(zhuǎn)子下面配23.8kg的重量。

第四，在對(duì)水輪機(jī)組發(fā)電機(jī)的振動(dòng)處理的過(guò)程中，經(jīng)過(guò)相關(guān)專業(yè)的專家討論，首先對(duì)三網(wǎng)進(jìn)行三相負(fù)荷的調(diào)整，這樣出現(xiàn)三相電流的不平衡的頻率會(huì)比較低，可以最大限度地降到850A左右的電流，如果機(jī)組的單相在850A左右時(shí)，其他一相的電流可能在620A左右，這對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的要求更近了一步，比如：該電機(jī)的負(fù)序分量和額定電流的比例最大值在12%，任何一相電流不能超過(guò)額定值是，該水輪機(jī)電可以長(zhǎng)期地運(yùn)行下去。

4 結(jié)語(yǔ)

水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)受到人們對(duì)發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)、安裝等方面的影響，不同的電廠出現(xiàn)的機(jī)組振動(dòng)情況是不一樣的，并且水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)過(guò)大會(huì)影響各個(gè)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)損失，我們必須根據(jù)每臺(tái)機(jī)組的特點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)真的檢修，遇到不同的水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)的情況，我們要先優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)，制定發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行曲線，然后采取適當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q這些問(wèn)題，讓水輪發(fā)電機(jī)組能夠安全地進(jìn)行工作。

參考文獻(xiàn)

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[3] 劉云.對(duì)發(fā)電機(jī)故障的處理和檢修[M].北京：中國(guó)水力水電出版社，2012.

作者簡(jiǎn)介：劉強(qiáng)（1977-），男，江西九江人，國(guó)網(wǎng)江西省電力公司柘林水電廠水輪機(jī)檢修工，技師。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）