立式混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動增大原因分析及處理辦法

摘 要：水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程由于水力脈動或者轉(zhuǎn)動部件受不平衡受力的原因，產(chǎn)生一定程度的振動。超過規(guī)范要求允許范圍的振動會對機(jī)組造成不可逆的損傷破壞，嚴(yán)重降低設(shè)備的安全可靠性能。需要對機(jī)組振動增大的原因進(jìn)行分析并予以解決，優(yōu)化水輪發(fā)電機(jī)的允許方式，提高水輪發(fā)電機(jī)組的可靠性。文章主要對水輪發(fā)電機(jī)組振動增大的常見原因進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際情況對振動超標(biāo)的處理方法進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；振動原因；處理方法

立式混流式水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪室內(nèi)充滿復(fù)雜的水流流態(tài)，不可避免存在的水力擾動和壓力脈動，以及機(jī)電設(shè)備在制造安裝過程中機(jī)組各部件中心、圓度與設(shè)計存在一定偏差，會導(dǎo)致機(jī)組在運(yùn)行中產(chǎn)生機(jī)械振動和電磁振動。機(jī)組長期處于超過規(guī)范規(guī)定范圍的超標(biāo)振動，會使機(jī)組各部件的連接件松動加劇振動的發(fā)展、機(jī)組主要受力部件產(chǎn)生疲勞破壞，產(chǎn)生裂紋甚至斷裂，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行甚至?xí)C(jī)組造成嚴(yán)重的事故，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失和安全損失。

1 水輪發(fā)電機(jī)組振動增大對機(jī)電設(shè)備的危害

1.1 機(jī)組緊固件松動

長時間超過允許范圍的振動會引起機(jī)組各部件連接緊固螺栓松動，比較常見的是引起布置在機(jī)架、頂蓋內(nèi)的油氣水管路連接法蘭螺栓松動，導(dǎo)致機(jī)組在運(yùn)行時出現(xiàn)漏水、漏油、漏氣的問題。三漏缺陷會對機(jī)組的正常穩(wěn)定運(yùn)行造成一定影響。

1.2 機(jī)組部件產(chǎn)生疲勞破壞

機(jī)組長時間處于過大的惡劣工況下運(yùn)行，機(jī)組金屬部件的受力薄弱部位在振動的長時間諧振下，會產(chǎn)生金屬疲勞破壞，在應(yīng)力集中部位產(chǎn)生裂紋。裂紋一般容易在轉(zhuǎn)子支臂組合焊縫、承重機(jī)架組合焊縫以及布置在機(jī)架內(nèi)、頂蓋內(nèi)的各管路接頭焊縫處發(fā)生。機(jī)組部件焊縫產(chǎn)生裂紋不僅對機(jī)組正常運(yùn)行帶來安全隱患，而且會加劇振動的發(fā)展，大大降低機(jī)組的健康水平。

1.3 水力振動對過水部件的危害

對機(jī)組的危害比較嚴(yán)重，且比較隱蔽不易觀察到。轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的水力擾動會加速水流中的溶解氣體析出，形成氣泡潰滅后對轉(zhuǎn)輪、尾水管等部件高速沖擊，在轉(zhuǎn)輪、尾水管低壓區(qū)形成氣蝕，氣蝕不斷對本體金屬造成破壞，降低設(shè)備的強(qiáng)度，振動加劇對強(qiáng)度降低部位的破壞，極易產(chǎn)生裂紋，對機(jī)組安全帶來較大的風(fēng)險。

1.4 共振破壞

如機(jī)組低頻振動的頻率有接近機(jī)組某一固定部件的固有頻率部分時，會在該部件上引起共振，會造成部件斷裂等極大破壞，帶來較大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 水輪發(fā)電機(jī)組振動增大的常見原因

一般情況下，水輪發(fā)電機(jī)組的振動主要是由于機(jī)械、電氣及水力等三方面的原因造成，以下主要對引起機(jī)組振動增大的常見原因進(jìn)行探究。

2.1 機(jī)械因素的原因

機(jī)組轉(zhuǎn)動部件重量不平衡，經(jīng)過長時間運(yùn)行后的機(jī)組主要表現(xiàn)為轉(zhuǎn)輪重量不平衡。由于氣蝕、磨蝕等導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)輪葉片及其他部位金屬重量減少，或機(jī)組檢修期間對轉(zhuǎn)輪氣蝕、磨蝕、裂紋等損傷部位進(jìn)行焊接修復(fù)后，引起轉(zhuǎn)輪重心發(fā)生偏移，機(jī)組轉(zhuǎn)動時在轉(zhuǎn)輪處產(chǎn)生偏心力矩，該偏心力矩引起機(jī)組軸線擺動，導(dǎo)致機(jī)組振動加大。

機(jī)組軸線不正。理想的水輪發(fā)電機(jī)組軸線是與機(jī)組旋轉(zhuǎn)中心和機(jī)組中心線重合。機(jī)組軸線不正主要是軸線與推力軸承鏡板不垂直、軸線在大軸連接法蘭結(jié)合面不垂直發(fā)生彎折。引起軸線出現(xiàn)彎折的主要原因為機(jī)組安裝或檢修時分段軸連接法蘭的連接不符合要求，連軸螺栓的緊固力矩沒有達(dá)到設(shè)計要求或緊固不均勻?qū)ΨQ，軸線在法蘭處有彎折由于軸線傾斜和曲折，使機(jī)組轉(zhuǎn)子的總軸向力不通過推力軸承中心，產(chǎn)生一個偏心力矩。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，偏心力矩對機(jī)組轉(zhuǎn)動部件形成徑向偏心力，會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動部件與約束的軸承周期性碰撞，產(chǎn)生振動。

機(jī)組軸承缺陷。當(dāng)檢修軸瓦間隙調(diào)整不當(dāng)或機(jī)組運(yùn)行后導(dǎo)軸承軸瓦松動導(dǎo)致軸瓦間隙變大，會引起機(jī)組徑向力受力不均勻?；蜉S承與固定止漏環(huán)不同心等都會發(fā)生干摩擦，引起機(jī)組的徑向振動。推力軸承座水平調(diào)整不滿足要求或推力軸承彈性油箱支柱彈簧受力調(diào)整不均勻，推力瓦出現(xiàn)傾斜導(dǎo)致鏡板水平不能水平落在推力瓦上，機(jī)組軸線出現(xiàn)傾斜導(dǎo)致機(jī)組軸向力受力不均勻，機(jī)組轉(zhuǎn)動時軸線會發(fā)生較大的偏移。

機(jī)組轉(zhuǎn)動部件與固定部件間隙調(diào)整不均勻，間隙不滿足要求。在運(yùn)行時轉(zhuǎn)動部件與固定部件發(fā)生碰撞，主要可能發(fā)生在轉(zhuǎn)輪與上下止漏環(huán)以及轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙不均勻，運(yùn)行中發(fā)生碰撞。以及機(jī)架、頂蓋等固定部件的緊固螺栓發(fā)生松動均會導(dǎo)致機(jī)組振動加大。

2.2 電磁振動的原因

通入轉(zhuǎn)子的勵磁電流三相不平衡，會在定子中感應(yīng)出三相不平衡定子電流，三相不平衡電流的定轉(zhuǎn)子會產(chǎn)生不平衡磁場，形成不平衡的磁拉力，使轉(zhuǎn)子、定子各部件發(fā)生周期性的振動。

2.3 水力振動的原因

水力振動主要發(fā)生在不對稱水流從轉(zhuǎn)輪葉片流出時，在轉(zhuǎn)輪泄水錐和尾水錐管部位形成擾流和渦帶，對轉(zhuǎn)輪及尾水管進(jìn)行高速沖擊，造成較大的振動，同時該區(qū)域內(nèi)水壓脈動變化較復(fù)雜，容易在轉(zhuǎn)輪和尾水管內(nèi)壁發(fā)生氣蝕，進(jìn)一步加劇振動。

3 水輪發(fā)電機(jī)組振動過大的問題及處理辦法

3.1 軸線不正引起的振動過大處理

軸線不正主要原因是水輪機(jī)軸和發(fā)電機(jī)軸同心度存在偏差、水輪機(jī)軸和發(fā)電機(jī)軸連接法蘭螺栓緊固力矩沒有達(dá)到要求或緊固不對稱導(dǎo)致法蘭傾斜、推力軸承鏡板與推力瓦面水平度超差。要處理機(jī)組軸線不正引起的振動過大的問題，首先需要通過緩慢轉(zhuǎn)動機(jī)組盤車，通過盤車數(shù)據(jù)對機(jī)組各部位的擺度進(jìn)行分析，找出軸線發(fā)生彎折的地方，然后計算出需要調(diào)整的量和調(diào)整位置，通常是在彎折處法蘭進(jìn)行加墊調(diào)整，使軸線恢復(fù)垂直。

3.2 機(jī)組軸承缺陷引起的振動過大處理

水輪發(fā)電機(jī)組軸承分為推力軸承和導(dǎo)軸承。推力軸承承受機(jī)組整個轉(zhuǎn)動部件的重量和軸向水推力，當(dāng)推力軸承水平偏差較大時，鏡板落在推力瓦上出現(xiàn)推力彈性支柱或彈簧不能糾正推力瓦的水平偏差，推力軸承鏡板就會產(chǎn)生傾斜，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)軸傾斜。處理推力軸承水平偏差大的方法主要是通過調(diào)整推力軸承彈性支柱油箱受力，使轉(zhuǎn)子落下時每個彈性油箱受力均勻。如水平偏差過大，需要對推力軸承座水平進(jìn)行調(diào)整，通過調(diào)整下機(jī)架水平來調(diào)整推力軸承的水平。機(jī)組導(dǎo)軸承主要承受機(jī)組轉(zhuǎn)動時的徑向力，當(dāng)導(dǎo)軸承軸瓦間隙過大時，導(dǎo)軸承對機(jī)組大軸失去約束作用，大軸擺度會大幅超過正常范圍，并會加劇軸承受損，造成機(jī)架振動加大。處理導(dǎo)軸承引起的振動過大，主要是振動大的部位的軸承進(jìn)行檢查調(diào)整，將軸瓦間隙調(diào)整至規(guī)定的范圍，并打緊調(diào)瓦螺栓，并做好防松動措施。

3.3 水力因素引起的振動過大處理

水力因素引起機(jī)組振動加大的原因較復(fù)雜，處理難度大。如因?qū)畽C(jī)構(gòu)缺陷導(dǎo)致水力不平衡引起振動過大，只有在機(jī)組檢修時對受損的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)，保證進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流平衡。在檢修期間對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪進(jìn)行檢查，對各部位的氣蝕進(jìn)行打磨焊接修復(fù)，防止氣蝕的進(jìn)一步擴(kuò)大。分析機(jī)組水力振動區(qū)域，在機(jī)組運(yùn)行時避開振動區(qū)運(yùn)行，改善導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪室及尾水管內(nèi)的水流流態(tài)，避免出現(xiàn)尾水低頻振動及卡門渦帶的發(fā)生。

4 結(jié)束語

通過改善機(jī)組的運(yùn)行工況，對引起機(jī)組振動加大的部件進(jìn)行處理調(diào)整，使機(jī)組在振動較小的區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，對提高水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備的健康水平和安全性能有重要意義。

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