黃磊

【摘 要】對于水輪發(fā)電機組來說，振動始終都是影響水電站安全運行的一項關(guān)鍵因素，因此，通過減小機組振動的方式能夠有效延長機組的使用壽命，并大幅度提高運行可靠性。與此同時，一旦機組振動過大，輕則危及發(fā)電廠正常運行，重則導致焊縫、零部件疲勞破壞區(qū)的形成，縮短使用壽命，由于高速轉(zhuǎn)動零部件的相互磨損，燒毀軸承，由于劇烈振動，使油管接頭松動脫落，進而引發(fā)嚴重的安全事故。

【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機；振動增大；原因分析；處理辦法

引言：

水輪發(fā)電機組作為一個彈性組合體，在旋轉(zhuǎn)運行過程中，所受作用力無法做到絕對平衡，因而會不可避免的產(chǎn)生振動。但是如果水輪機發(fā)電在機組在運行過程中出現(xiàn)異常振動，就會導致機械連接件產(chǎn)生松動或者變形，導致一些零件或者部件出現(xiàn)疲勞、裂紋甚至是斷裂現(xiàn)象，導致機組運行事故和供電質(zhì)量，威脅機組的安全和穩(wěn)定運行。

一、水輪發(fā)電機振動增大的危害

水輪發(fā)電機振動在旋轉(zhuǎn)機械的運作過程中屬于不可避免的現(xiàn)象，一旦水輪發(fā)電機振動幅度超出正常范圍將會造成嚴重后果，主要表現(xiàn)為：第一，水輪發(fā)電機振動增大將會導致水輪機的零部件或焊縫部位出現(xiàn)疲勞，導致裂縫擴大的現(xiàn)象或零部件斷裂的現(xiàn)象出現(xiàn)；第二，水輪發(fā)電機振動增大會讓水輪發(fā)電機的機組連接部位出現(xiàn)不同程度的松動現(xiàn)象，讓各轉(zhuǎn)動部件及靜止部件之間產(chǎn)生較大的摩擦力，甚至出現(xiàn)掃膛損壞的現(xiàn)象；第三，水輪發(fā)電機振動增大會引起尾水管出現(xiàn)低頻壓力脈動現(xiàn)象，導致尾水管壁出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，當發(fā)電機、電力系統(tǒng)與其頻率的自振頻率相接近時，會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，引起機組出力大幅度波動現(xiàn)象，最終導致機組從電力系統(tǒng)中解列，對廠房和相關(guān)建筑造成危害。

二、立式混流式水輪發(fā)電機組運行中的振動原因

機組振動可以分為水力振動、電磁振動和機械振動三類。

（一）產(chǎn)生水力振動的因素

水力不平衡：當流入轉(zhuǎn)輪的水流失去軸對稱時，就出現(xiàn)一個不平衡的橫向力，致使造成機組振動。其水力不平衡主要表現(xiàn)于導葉開度的不均勻，或者止漏環(huán)制造過程圓度不夠以及安裝時其間隙調(diào)整的不均勻。

尾水管中水力不穩(wěn)定：尾水管中水壓不穩(wěn)定，水壓周期性變化，壓力脈動作用于機組和基礎上，就會引起機組振動、噪音和出力波動。

空腔汽蝕：空腔汽蝕會引起機組的頂蓋和上機架出現(xiàn)劇烈的垂直振動。

空腔汽蝕：檢查汽蝕現(xiàn)象，如果沒有汽蝕，或者汽蝕輕微，則該機組振動不是水力因素引起的，或者說水力因素影響甚微。

（二）電磁因素

振動的電磁因素是指振動中的干擾力來自發(fā)電機電氣部分的電磁力。引起電磁振動的主要因素有：轉(zhuǎn)子繞組短路，空氣間隙不均勻等。

轉(zhuǎn)子繞組短路：當一個磁極的磁動勢因短路而減小時，與其相對的磁極的磁動勢沒有變化，因而出現(xiàn)一個跟轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的不平衡磁拉力，引起轉(zhuǎn)子振動。

空氣間隙不均勻：當發(fā)電機轉(zhuǎn)子不圓，或機組中心不正時，空氣間隙就會不均勻，從而產(chǎn)生單邊的不平衡磁拉力，隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而引起空氣間隙周期性變化，單邊不平衡磁拉力沿著圓周作周期性移動，引起機組振動。

（三）機械因素

設計及加工中的原因：在設計并制造水輪發(fā)電機的過程中，如果發(fā)電機的整體支撐結(jié)構(gòu)剛性較小，且制造過程中的加工精度較差，機組轉(zhuǎn)動部分的平衡校驗存在誤差等，都會導致水輪發(fā)電機組在實際運行過程中出現(xiàn)振動增大的情況。

安裝及運行過程中的原因：為了保證水輪發(fā)電機正常工作，在安裝過程中應該高度重視水輪發(fā)電機軸類零件、軸承類零件等重要連接件的安裝質(zhì)量和對中情況，如果對中不準確，軸類零件就會出現(xiàn)上下晃動，進而增大振動幅度。在安裝及檢修的過程中，機組的大軸中心線會與推力軸中心線重合，但由于兩軸上的絕緣墊薄厚不一致，設備在運轉(zhuǎn)過程中會出現(xiàn)軸線偏移的情況，進而引起振動。新進水輪發(fā)電機組在安裝過程中會容易出現(xiàn)軸套歪斜的情況，進而引起機組振動，主要原因是軸和孔在加工時會殘留一定的橢圓度，進而導致軸和孔的中心線垂直度不一致，最終引起振動。此外，老機組推力軸由于多次檢修，再加上套入及撥出軸承的次數(shù)增加，進而導致老機組的推力軸磨損嚴重，在套歪后極易導致振動現(xiàn)象。

軸線的原因：水輪發(fā)電機軸線主要通過調(diào)節(jié)推力瓦及鏡板之間的絕緣墊調(diào)整軸承的振動。因此，機組從穩(wěn)定的、安全的運行狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檎駝忧抑饾u增大的情況很可能是由于絕緣墊不平穩(wěn)導致的。此外，機組長期運行會導致軸的高點變形，進而導致軸線偏移，使振動幅度增大。

動不平衡力的原因：由于水的作用力較大，會導致動不平衡力增加，導進而增大了機組的振動幅度，導致這種現(xiàn)象主要原因是機組旋轉(zhuǎn)體不平衡或軸承間隙過大。如果機組的主軸和推力軸之間的間隙過大，或存在卡環(huán)不合格的情況，就會導致機組運行過程中推力軸擺動，進而帶動旋轉(zhuǎn)體擺動，最終增大振動幅度。在安裝推力軸時，為了便于安裝需要將軸套加熱，而軸套冷卻時由于收縮不均勻，就會導致主軸與下端面出現(xiàn)接觸不良的現(xiàn)象。如果推力軸套內(nèi)孔下配合面存在生銹的現(xiàn)象，就會導致推力軸與主軸配合間隙增大，進而分布在整個圓周之上，在推力軸受到不穩(wěn)定力的作用下，間隙會逐漸增大，最終導致振動增大。

三、水輪發(fā)電機組振動的處理對策

（一）電磁振動的處理對策

由于電磁振動主要是由于發(fā)電機電磁力和磁拉力的異常而導致的振動，而且主要是由于轉(zhuǎn)子磁極形狀、方向以及安裝等原因使磁極拉力不同而產(chǎn)生的振動。因此，在建設、維修的過程中，工作人員要與安裝單位的技術(shù)人員、作業(yè)人員共同現(xiàn)場復核，盡可能的減小定子與磁極的距離，避免振動的發(fā)生。

（二）機械振動的處理對策

機械振動的主要原因就是機組內(nèi)部的轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡引起的機械故障占總故障的六成以上，所以，相關(guān)工作人員應該高度重視轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡問題。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡主要分為靜不平衡與動不平衡兩種。其中，靜不平衡主要是指在轉(zhuǎn)子的垂直方向產(chǎn)生了中偏離軸心的力，進而導致轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時晃動大。動不平衡主要是指在轉(zhuǎn)子垂直方向的反方向產(chǎn)生了一種偏心力，由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)子中心對軸的偏心距，進而使振動情況加劇。因此，維修人員在處理機械原因?qū)е碌乃啓C組振動增大的問題時應該檢測轉(zhuǎn)子的質(zhì)量不平衡狀態(tài)，明確振動增大是由靜不平衡引起還是動不平衡引起的。具體檢測時可以通過測量轉(zhuǎn)子圓度的方式，檢測轉(zhuǎn)子的中心是否與主軸的軸線重合，必須保證轉(zhuǎn)子軸心和主軸的中心在一定誤差范圍之內(nèi)，才能有效減小振動，保證機組正常工作。

（三）水力振動的處理對策

對于水力振動來說，工作人員可以通過在導葉關(guān)閉油路中安裝分段關(guān)閉閥的方式，控制導葉關(guān)閉速度，即可有效解決問題。此外，現(xiàn)今絕大多數(shù)的水電站機組為軸流旋槳式，如果沒有做好協(xié)聯(lián)曲線則會導致水輪機無法處于最優(yōu)協(xié)聯(lián)關(guān)系，這樣的狀態(tài)水流就會產(chǎn)生沖角，繼而引起水力不平衡，產(chǎn)生振動。機組在運行過程中如果能夠?qū)C組調(diào)速器槳葉切換為手動運行，也可明顯降低振動。

四、結(jié)術(shù)語

水輪發(fā)電機組運行時，必然會產(chǎn)生振動，減少水輪發(fā)電機組振動對提高機組安全穩(wěn)定運行、延長機組使用壽命具有重要的作用。在掌握各種振動特征的基礎上，針對機組的實際振動狀態(tài)，用科學的方法，逐一排除疑點，縮小故障原因的范圍，盡快得到正確的診斷結(jié)果，盡早處理，防止故障的進一步擴大，避免重大事故的出現(xiàn)，保障水輪機機組的安全、經(jīng)濟、穩(wěn)定運行。

【參考文獻】

[1]李方.關(guān)于水輪發(fā)電機組振動的原因分析與處理對策探討[J].水能經(jīng)濟，2017（1）：20-20.

[2]李小義.水輪發(fā)電機組運行中的振動分析[J].水能經(jīng)濟，2017（2）：39-40.