水電站水輪發(fā)電機機組振動問題分析處理方法的探討

李恩

摘要：經(jīng)濟在快速的發(fā)展，社會在不斷的進步，機組振動將會對水輪發(fā)電站運行造成嚴重的危害，其不僅會對發(fā)電機組的工作效率造成影響，同時也會影響整個機組的安全運轉。基于此，本文從水電站水輪發(fā)電機機組振動的主要因素出發(fā)，并探討通過采用避震運行措施、及時對尾水管補氣以及加強對軸承進行維護等方法，借助水電站發(fā)電機機組振動問題解決措施的應用，以期為提高水電站發(fā)電質量提供幫助。

關鍵詞：水電站；水輪發(fā)電機；機組振動；氣蝕

引言

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。

1概述

某水電站，電站單機容量50MW，總裝機容量150MW，為和田地區(qū)最大水電站，水輪發(fā)電機組由福建南電公司制造，水輪機為立軸混流式，發(fā)電機為立軸懸式同步發(fā)電機。水輪發(fā)電機轉動部分總重約140t，額定轉速為428.6r/min。3臺水輪發(fā)電機組自啟動以來振動值均超標，通過分析，確認機組振動原因主要由轉子質量不平衡引起，經(jīng)過現(xiàn)場協(xié)商決定由我項目部對其進行動平衡試驗。

2水電站水輪發(fā)電機機組振動問題的處理措施分析

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，電站設計流量為2.5m3/s，水渠道全長5km，內管直徑為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水力方面引起機組振動的原因及特點

①水輪機進水流道蝸殼、導葉中的不均勻流場均會產生旋渦，形成渦帶進入轉輪引起機組振動，其主要特征為振動隨機組運行工況變化而變化，且時而明顯，時而消失。②由轉輪葉片尾部的卡門渦列所誘發(fā)的機組振動，因卡門渦列的形成與流體速度和繞流體尾部的斷面形狀和尺寸有關，所以該振動特征為振幅隨過機流量增加而明顯增大，③因水輪機偏離設計工況較遠，尤其在低水頭、低負荷運動時轉輪出口產生旋轉水流，形成偏心渦帶，使在尾水管中產生壓力脈動并誘發(fā)機組振動。其振動特點為：振動強弱與水輪機的運行工況關系較密切，某些區(qū)域振動強烈，某些區(qū)域振動又明顯減小，甚至恢復正常。④高水頭混流式水輪機因止漏環(huán)結構型式和間隙組合不當及運行間隙不均勻引起水壓力脈動誘發(fā)的機組振動，該振動特征為：振動擺度及壓力脈動幅值，均隨機組負荷和過機流量的增加而明顯增大。

2.3注意對過流部件的維修

水利發(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)轉輪旋轉。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，避免轉輪因為射水線偏移失去軸對稱而產生橫向力，造成轉輪振動。同時維護人員還需要加強對噴針、噴嘴以及轉輪等進行檢查，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，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備問題而造成的損失，在培訓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。在對水電站水輪發(fā)電機機組進行檢修過程中，維護人員需要重點對過流部件進行檢修，注意調節(jié)噴針間隙的大小均勻，以轉輪水斗表面粗糙度等，改善噴針、噴嘴分布不均勻現(xiàn)象，從而有效降低壓力脈沖。在對轉輪汽蝕補焊修復過程中需要加強射水中心線的控制、粗糙度等進行控制，最終達到減小振動的效果。

2.4振動試驗

某水電站3臺機組自啟動以來均存在振動超標現(xiàn)象，為了找出產生振動的原因，分別對3臺機組進行了振動試驗。通過對3臺機組在不同轉速和工況下機組振動值的測量發(fā)現(xiàn)：①頂蓋和水導油盆振動值均非常小且各種工況下振動值基本無變化；②振動值偏大部位在上機架，并且在機組70%額定轉速以下運轉時振動值偏小且隨著轉速上升振動值上升并不明顯，但從70%額定轉速上升至額定轉速過程中振動值呈現(xiàn)上升趨勢且變化特別明顯；機組由空轉態(tài)轉為空載態(tài)穩(wěn)定后振動值基本無變化；機組依次帶1萬負荷、2萬負荷、3萬負荷、4萬負荷、5萬負荷且在各負荷穩(wěn)定情況下對上機架振動值進行測量，振動值與空轉和空載態(tài)時無明顯變化；③各種工況下的振動值不隨時間的變化而變化；④整個試驗過程未發(fā)現(xiàn)有金屬撞擊聲；⑤各振動部位測量數(shù)據(jù)水平振動比垂直振動幅值均偏大。根據(jù)機組振動試驗的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象，判斷機組振動超標的主要原因是由于轉動部分質量不平衡引起，決定對3臺水輪發(fā)電機組進行動平衡試驗。

2.5機械方面引起機組振動的原因及特點

①因機組轉動部分質量不平衡引起的機組振動，其主要特征為機組振幅隨機組轉速變化較敏感，其振幅一般與轉速的二次方成正比，且水平振動較大；②機組轉動部件與固定部件相碰（或摩擦）所引起的機組振動，其特征為一般振動較強烈，并常常伴有撞擊聲響；③因軸承間隙過大、主軸過細、軸的剛度不夠所引起的振動，其特征為機組振幅隨機組負荷變化較明顯；④因機組軸線曲折、緊固零部件松動、機組對中心不準、推力軸承調整不良所引起的機組振動，其特征為機組在低轉速運行時，機組便有明顯振動。

2.6加強對軸承進行維護

第一，定期檢查水輪發(fā)電機機組軸線對正情況，同時將主軸旋轉中心線調至機組中心線上，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，維護人員在調整推力瓦受力過程中，需要將轉輪位于轉輪室中心，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，維護人員在調整軸承間隙值過程中，需要保證電機軸、導軸承軸頸、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?，F(xiàn)象則需要及時進行有效處理，避免因為推力軸、導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。

結語

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置、推力軸檢修以及噴針射水線和轉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，能夠充分應用到水電站維護中來。

參考文獻

[1]楊周平.水電站水輪發(fā)電機組振動問題分析及處理措施[J].山東工業(yè)技術，2013（11）：46+38.

[2]蘭國龍.某水電站水輪發(fā)電機組振動原因分析及機組動平衡試驗[J].甘肅水利水電技術，2011，47（10）：19-21.

（作者單位：國網(wǎng)四川省電力公司映秀灣水力發(fā)電總廠）