梅江志

摘 要 主要對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問題進(jìn)行一定的思考，探討了水電站在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的機(jī)械振動(dòng)、水力振動(dòng)和電磁因素的振動(dòng)問題，并就相應(yīng)的原因和解決方法進(jìn)行探討，希望對(duì)于今后水輪發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行就有一定幫助。

關(guān)鍵詞 水輪發(fā)電機(jī)；振動(dòng)類型；對(duì)策分析

中圖分類號(hào)：TM312 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）06-0159-01

1 概述

要想徹底消除水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)這種有害問題比較困難，這也是積累誤差在整個(gè)機(jī)組的制造過程、安裝過程中相關(guān)反映。相關(guān)的影響因素都包括廠房設(shè)計(jì)強(qiáng)度、運(yùn)行質(zhì)量、安裝、剛度、機(jī)組設(shè)計(jì)強(qiáng)度、制造等方面，機(jī)組的穩(wěn)定性能受到振動(dòng)的影響，使得構(gòu)件使用壽命有所減低，引起相應(yīng)結(jié)構(gòu)件的疲勞。因此，電站考核重要指標(biāo)就是機(jī)組的振動(dòng)和安全穩(wěn)定。這里從干擾來源進(jìn)行對(duì)于機(jī)組振動(dòng)的分析，主要包括電磁振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、水力振動(dòng)等三大類?？梢愿鶕?jù)實(shí)際不同的情況，對(duì)于產(chǎn)生原因和運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行細(xì)分。

2 機(jī)械振動(dòng)分析

在機(jī)械振動(dòng)中，主要包括相應(yīng)的導(dǎo)軸承缺陷、機(jī)組軸線不合格與軸系曲折、轉(zhuǎn)動(dòng)（含轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)子）質(zhì)量不平衡等問題。

機(jī)械振動(dòng)方式主要有以下幾種：導(dǎo)軸承缺陷、機(jī)組軸線不合格與軸系曲折、轉(zhuǎn)動(dòng)（含轉(zhuǎn)輪、轉(zhuǎn)子）質(zhì)量不平衡等。

1）振動(dòng)則是由于不匹配的轉(zhuǎn)輪葉片與導(dǎo)葉數(shù)所致。分析轉(zhuǎn)輪產(chǎn)生的頻率為f=n/60*Z。這則是在轉(zhuǎn)輪葉片與導(dǎo)葉數(shù)相差l的情況下，此時(shí)，經(jīng)過導(dǎo)葉間，水壓脈動(dòng)傳到蝸殼外，則會(huì)造成機(jī)組或廠房的振動(dòng)。為了避免此類振動(dòng)的發(fā)生，一般往往通過改變頻率的方法，可以通過轉(zhuǎn)輪的短葉片來實(shí)現(xiàn)。

2）水導(dǎo)擺度大和大軸偏磨則是由于轉(zhuǎn)輪不平衡。對(duì)于出廠時(shí)的轉(zhuǎn)輪來說，軸徑偏磨以及安裝后水導(dǎo)擺度大，則往往是由于沒有能夠達(dá)到平衡要求的G6.3級(jí)平衡精度。

3）出現(xiàn)軸系曲折或者不合格的機(jī)組軸線問題。軸線與推力軸承鏡板面不垂直，在旋轉(zhuǎn)中心與機(jī)組中心重合的情況下，則這就是機(jī)組軸線不正的主要表現(xiàn)形式。一個(gè)偏心力矩的產(chǎn)生，往往是由于推力軸承中心并沒有產(chǎn)生機(jī)組轉(zhuǎn)子的總軸向力，這樣的情況下，偏心力矩隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而旋轉(zhuǎn)，脈動(dòng)力則會(huì)作用在各支柱螺栓（或彈簧油箱），當(dāng)存在轉(zhuǎn)速頻率和脈動(dòng)頻率相同的時(shí)候，這樣就能夠使得軸向振動(dòng)發(fā)生在推力軸承各支柱螺栓，也就讓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了振擺過程。

3 水力振動(dòng)分析與思考

在水力振動(dòng)中，主要包括調(diào)壓井水位涌動(dòng)引起的頂蓋徑向振動(dòng)、葉道渦高頻振動(dòng)、導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)、渦帶振動(dòng)、狹縫射流振動(dòng)和水力不平衡振動(dòng)等方面。

1）在調(diào)壓井水位涌動(dòng)引起的頂蓋徑向振動(dòng)中，一般來說此類振動(dòng)對(duì)于機(jī)組安全運(yùn)行影響不大，這里不詳細(xì)論述。

2）對(duì)于葉道渦高頻振動(dòng)來說，由于轉(zhuǎn)輪葉片的線型存在問題，有不夠圓滑的頭部，就容易造成葉道渦的高頻振動(dòng)。一定的沖角的水流，在一定開度下的導(dǎo)葉影響下，脫流現(xiàn)象出現(xiàn)在流過葉片頭部過程中，這樣，葉道渦就在轉(zhuǎn)輪葉片間形成，造成了幾十赫茲的高頻激振力。

3）在導(dǎo)葉卡門渦振動(dòng)中，這屬于一種渦列，即流體流過一般的不良繞流體的圓柱形物體的過程中，一系列相隔一定距離的單渦則會(huì)出現(xiàn)在物體后面，且呈現(xiàn)沿著兩條互相平行的直線趨勢(shì)。在相關(guān)的水輪機(jī)運(yùn)行過程中，經(jīng)常出現(xiàn)卡門渦列而引起的振動(dòng)。葉片出水邊后形成卡門渦列則容易發(fā)生在轉(zhuǎn)輪葉片具有鈍尾的情況下，這時(shí)出現(xiàn)的圓形出水邊的鈍尾，在葉片出口變?yōu)楣ぷ髅婧捅趁娴倪^程中，就能夠交替釋放出相應(yīng)的單渦，同時(shí)，葉片上的交變作用力也相應(yīng)產(chǎn)生，對(duì)于這些的作用力的頻率來說，共振現(xiàn)象則是在接近葉片自振頻率的時(shí)候產(chǎn)生。為了避免卡門渦振動(dòng)的發(fā)生，常采取的措施則是流線形狀和導(dǎo)葉出水邊厚度的及時(shí)有效改變，滿足水邊R到最小值，這樣使得卡門渦振動(dòng)與噪聲有效消除。

4）對(duì)于自激振動(dòng)及水力不平衡振動(dòng)來說，在轉(zhuǎn)輪上所產(chǎn)生的不平衡的橫向力，在轉(zhuǎn)輪范圍內(nèi)，是由于水流失去軸對(duì)稱的原因。過流輪廓不對(duì)稱則是經(jīng)常遇到的情況，則水流失去軸對(duì)稱就容易出現(xiàn)。

5）對(duì)于狹縫射流振動(dòng)來說，轉(zhuǎn)輪葉片的工作面和背面在軸流式或燈泡貫流式水輪機(jī)中都存在一定的壓力背，這樣，一股射流就容易形成在轉(zhuǎn)輪室壁和輪葉外緣的狹窄縫隙中，且壓力非常低，速度非常高。造成在轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)過程中，分析葉片到達(dá)的瞬間，轉(zhuǎn)輪室壁的某一部分則會(huì)處于低壓的狀態(tài)，而高壓的狀態(tài)則在葉片離去后產(chǎn)生。另外，間隙汽蝕現(xiàn)象還會(huì)在狹縫射流中產(chǎn)生，這也會(huì)引起相應(yīng)的葉片外緣和轉(zhuǎn)輪室襯壁的破壞。

4 電磁因素的振動(dòng)分析與思考

1）磁極線圈交流電阻阻抗不平衡和磁極線圈匝間短路問題。磁動(dòng)勢(shì)減小由于一個(gè)磁極因匝間短路所造成，而對(duì)應(yīng)的那個(gè)磁極的磁動(dòng)勢(shì)沒有發(fā)生變化，所以，跟轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的輻向不平衡磁拉力就相應(yīng)產(chǎn)生，造成轉(zhuǎn)子振動(dòng)，振動(dòng)的主要特性就是振幅與電流表現(xiàn)為線性關(guān)系，而轉(zhuǎn)子電流的增大導(dǎo)致振動(dòng)的增大。

2）不平衡磁拉力問題。不平衡力作用于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分而產(chǎn)生相應(yīng)的機(jī)組振動(dòng)問題，動(dòng)隨勵(lì)磁電流增大而增大則是主要的振動(dòng)特征。

3）定子分?jǐn)?shù)槽次諧波磁勢(shì)問題。不同數(shù)目的每極下的槽數(shù)，一系列分?jǐn)?shù)次諧波磁動(dòng)勢(shì)就會(huì)由定子繞組電流引起產(chǎn)生，不同的相對(duì)速度就在磁動(dòng)勢(shì)和旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子中具備，發(fā)電機(jī)電磁振動(dòng)的激振力就是相應(yīng)的各種不同振動(dòng)模式和頻率。

4）定子繞組固定不良，或者定子鐵心松動(dòng)的情況的問題。機(jī)組振動(dòng)是由于定子鐵心松動(dòng)所致，在一定負(fù)荷的作用于機(jī)組上，負(fù)荷增長(zhǎng)導(dǎo)致振幅的增大。機(jī)組振動(dòng)是由定子鐵心組合縫松動(dòng)所引起的，則達(dá)到一定數(shù)值的負(fù)荷以后，鐵心溫度增長(zhǎng)而振幅有所減小。

5）負(fù)序電流引起的反轉(zhuǎn)磁勢(shì)問題。負(fù)序電流在繞組的產(chǎn)生，則是由于定子三相負(fù)載不對(duì)稱的緣故，定子鐵芯作駐波式的振動(dòng)則是由相序相反的磁場(chǎng)和主磁場(chǎng)疊加產(chǎn)生一個(gè)空間次數(shù)P=0的磁場(chǎng)的原因。

6）很多線圈分布在磁勢(shì)定子各相沿圓周，在定子并聯(lián)支路內(nèi)環(huán)流中，支路則是通過其并聯(lián)獲得，然后，繞組則是通過組合支路形成。一般來說，集中布置和分散布置則是兩種的并聯(lián)支路的布置方式。在水輪發(fā)電機(jī)中，集中布置經(jīng)常被采用。類似分?jǐn)?shù)槽次諧波，不對(duì)稱的次諧波電動(dòng)勢(shì)則是在支路集中的情況下，在支路內(nèi)由于轉(zhuǎn)子偏心而引起環(huán)流，一般的振動(dòng)頻率為100 Hz。

5 結(jié)束語(yǔ)

振動(dòng)原因都是根據(jù)機(jī)組不同振動(dòng)形式分析所得，帶有錄波存儲(chǔ)功能的測(cè)振儀能在機(jī)組典型部位進(jìn)行安裝，把相關(guān)的振動(dòng)記號(hào)進(jìn)行記錄，進(jìn)行一定的頻域、時(shí)域變換，通過相關(guān)的頻譜分析，能夠通過振動(dòng)頻率來進(jìn)行振動(dòng)原因的判斷。

參考文獻(xiàn)

[1]陳淵.羅坡壩電站2號(hào)水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)值超標(biāo)的分析及處理[J].小水電，2013（4）.

[2]傅麗萍.水輪發(fā)電機(jī)組上機(jī)架共振分析及補(bǔ)氣減振[J].排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2013，31（6）.endprint