水輪發(fā)電機組軸承振動原因淺析

馮云鵬

摘要：水輪發(fā)電機機組在工作中振動不僅會對某些部件造成彈性形變或塑性形變，從而使部件出現(xiàn)裂紋、斷裂等現(xiàn)象，還會造成發(fā)電機組部件之間的連接部件出現(xiàn)松動現(xiàn)象，縮短各部件的使用壽命，因此為了有效提高發(fā)電機機組的工作效率和各部件的使用年限，相關(guān)工作人員需要不斷改進發(fā)電機機組振動問題的處理方法。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機組；軸承振動原因；策略

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A

引言

水輪發(fā)電機的振動和其他機械的振動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器轉(zhuǎn)動去引起振動，而且在水輪發(fā)電機組振動的時候需要考慮水輪過水流動的各個部分流動壓力和各個部件的影響，機組是靠機械、電磁、流體三部分相互作用力的影響下進行正常的運動，比如：水流引起機組的振動的時候，發(fā)電機組的定子和轉(zhuǎn)子之間會出現(xiàn)縫隙大等問題，這會導(dǎo)致定子之間和轉(zhuǎn)子之間的空隙擴大導(dǎo)致機組轉(zhuǎn)動部分的不平衡，如果轉(zhuǎn)動部分之間發(fā)生變化，那么發(fā)電機的磁場和水流流場都會受到影響，最后使水輪發(fā)電機振動時出現(xiàn)一系列的問題，所以說水流流體、電氣和機械是導(dǎo)致水輪發(fā)電機組振動的問題所在，如果只在這三者的關(guān)系上去研究水輪發(fā)電機組的振動是不夠的，我們最好從機械、電氣和水力這三大方面進行探討研究，并和管理、檢修人員進行討論，最后能夠找出方法去解決它。

1水電站水輪發(fā)電機組軸承振動的原因

1.1轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸心和重心產(chǎn)生偏心距，當主軸旋轉(zhuǎn)的時候，轉(zhuǎn)子質(zhì)量會偏離重心，主軸會彎曲變形，主軸的變形量和振動的幅度有很大的關(guān)聯(lián)且成正比例關(guān)系，在制造之前要對轉(zhuǎn)子進行動平衡等試驗，這樣可以保證轉(zhuǎn)子重量平衡，也可以消除振動的問題。

1.2軸線不正

軸線不正會出現(xiàn)振動時的弓形旋轉(zhuǎn)、增大離心慣性力兩個問題，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，會讓振動的方向向著縱向或者橫向的方向發(fā)展，這對導(dǎo)軸承和推力軸承有很大的影響作用，這兩個因素都會使振動的幅度增大，在水輪發(fā)電機組運行的時候會出現(xiàn)導(dǎo)軸承的間隙特別大、使用壽命比較長等情況。另一種情況是推力軸承處會發(fā)生擺正等現(xiàn)象，為了防止這些情況對水輪發(fā)電機組運行時產(chǎn)生的影響，在安裝時我們一定要對軸線進行檢查并調(diào)整各軸承之間的間隙。

1.3導(dǎo)軸承缺陷

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

1.4水力振動

（1）水力不平衡。水輪的振動是因為水流失去平衡而造成的，這主要是因為過流通道兩邊不對稱，比如：渦殼的形狀沒有達到所規(guī)定的標準，那么導(dǎo)葉就不會均勻擴張，會導(dǎo)致輪船兩邊的壓力不勻、在流道中有不明物質(zhì)等問題。

（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，壓力脈動會使機組振動，同時會對尾水管造成威脅，如果圓周分量的旋流的分量達到一定的值時，會使尾水管發(fā)生周期性的變化、會引起管壁的振動、會影響水輪機組的正常運行。

（3） 渦列。當水流直接從流口流出時，會在流口周圍發(fā)生渦列，讓對葉相互攻擊，在水頭和開度時會發(fā)生渦列的振動，會使輪周圍產(chǎn)生裂紋，所以在水力方面都會存在一個振動區(qū)，為了讓機組正常運行，我們一定要及時找出方法去解決它。

2水電站水輪發(fā)電機組軸承振動的處理途徑

2.1采用避震運行措施

為了有效避免出現(xiàn)發(fā)電機組振動，在安裝發(fā)電機組時需要盡量避開各臺機組出現(xiàn)振動和空蝕范圍，以壩卡河電站為例，具體措施為以下幾點：首先，由于一級電站主要將灌溉與發(fā)電相結(jié)合，因此其特點為水頭和流量變幅比較大，最高水頭能夠達到（417 米），而最低水頭為 12m，電站設(shè)計流量為 2.5m 3 /s，水渠道全長 5km，內(nèi)管直徑為 0.774～0.85m。其中水輪機單機出力為 3400kW，型號CJ461-W115/1×13 沖擊式水輪組，其中發(fā)電機單機出力為 3200kW。沖擊式機組具有水頭高、壓力大一級用水量少的特點，在灌溉過程中會出現(xiàn)高水頭，在此過程中工作人員需要以減小汽蝕和降低振動為主；其次，由于水輪機噴針開度達到一定程度后，射水線的不均勻與偏移，從而造成機組振動。

2.2加強對軸承進行維護

推力軸承存在缺陷也是造成水輪發(fā)電機機組振動的主要因素，當機組中的推力頭與軸之間存在配合不嚴密，或者由于卡環(huán)不均勻而引起壓縮墊出現(xiàn)破壞等，都會引起機組軸發(fā)生變化，造成運行中的大軸出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，同時導(dǎo)軸瓦間隙不均勻、軸承潤滑和冷卻不良以及軸承與固定止漏環(huán)安裝出現(xiàn)不同心等現(xiàn)象也會增加機組的橫向振動。為了有效降低機組發(fā)電機機組振動，相關(guān)維護人員需要加強對以上部件進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)問題并做好維修工作，對此需要做到以下幾點：第一，定期檢查水輪發(fā)電機機組軸線對正情況，同時將主軸旋轉(zhuǎn)中心線調(diào)至機組中心線上，如果在檢查中發(fā)現(xiàn)軸線與機組中心線出現(xiàn)偏差較大時，則會對機組的安全與穩(wěn)定造成影響，因此維護人員需要及時進行檢查和維護；第二，維護人員在調(diào)整推力瓦受力過程中，需要將轉(zhuǎn)輪位于轉(zhuǎn)輪室中心，同時保證各推力瓦受力均勻，從而有效提高發(fā)電機組的穩(wěn)定性；第三，維護人員在調(diào)整軸承間隙值過程中，需要保證電機軸、導(dǎo)軸承軸頸、集電環(huán)等符合要求，并在檢修過程中需要按時進行軸承檢測，若出現(xiàn)異常現(xiàn)象則需要及時進行有效處理，避免因為推力軸、導(dǎo)軸承等存在缺陷而造成機組振動增加，影響發(fā)電機機組正常運行。

2.3增強導(dǎo)軸承的支撐強度

通過這種方法，解決導(dǎo)軸在設(shè)計過程中強度方面的缺陷因素。在當前的導(dǎo)軸設(shè)計當中，通常表現(xiàn)在強度方面。強度設(shè)計較差，導(dǎo)致整個發(fā)電機組出現(xiàn)振動的狀況時，將會導(dǎo)致軸承松動以及間隙增大的狀況。處理這種問題，可適當?shù)脑黾觾煞N鋼材之間的溝槽，進而增加焊接的深度，為可靠性提供保障。

2.4注意對過流部件的維修

以沖擊式水輪發(fā)電機組為例，水力發(fā)電機機組在工作中，水流通過壓力管噴嘴的射流作用，最終激發(fā)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。在此過程中維護人員需要對噴針開度、出水流量等進行檢查，避免轉(zhuǎn)輪因為射水線偏移失去軸對稱而產(chǎn)生橫向力，造成轉(zhuǎn)輪振動。同時維護人員還需要加強對噴針、噴嘴以及轉(zhuǎn)輪等進行檢查，避免當水流的射流線偏移造成巨大的軸向串動，從而引起振動，引起水輪機出現(xiàn)疲勞或斷裂。除此之外，還需要對水流通過水輪機時的間隙射流等進行控制，維修人員還需要加強對發(fā)電機組各部件之間的檢查工作，及時發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并進行處理，將問題消滅與萌芽之中。與此同時，水電站還需要定期組織設(shè)備維修人員進行維修和檢查工作學習，以此提高自身專業(yè)素質(zhì)，在遇見一些問題時能夠及時作出正確的處理，有效降低水電站因為設(shè)備問題而造成的損失，在培訓(xùn)和學習過程中要重點學習水電站水輪機組振動問題的分析和處理，從而降低機組振動對水電站發(fā)電造成的影響。

結(jié)束語

綜上所述，為了有效降低水電站水輪發(fā)電機機組振動現(xiàn)象，工作人員需要加強對各部件進行定期檢修，保障其正常運行。經(jīng)過對上文分析可得，在降低發(fā)電機組振動中需要注重水輪機噴針開度設(shè)置、推力軸檢修以及噴針射水線和轉(zhuǎn)輪中心線的分布和表面粗糙度檢查降低氣蝕；因此水電站水輪機發(fā)電機機組振動問題處理方法，能夠充分應(yīng)用到水電站維護中來。

參考文獻

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（作者單位：大唐觀音巖水電開發(fā)有限公司）