蒙學(xué)良

摘要：隨著時代的進步，水力發(fā)電廠的建設(shè)越來越完善。在水輪發(fā)電機組運行中經(jīng)常會發(fā)生振動，對機組的使用安全和穩(wěn)定帶來很多不利影響。使用者需要一定的理論知識和實踐經(jīng)驗，才能根據(jù)機組振動的特征，及時正確地判斷機組振動的原因并做出恰當(dāng)?shù)奶幚?，及時地防止事故的進一步擴大，避免設(shè)備損壞和人身傷亡等事故的發(fā)生。

關(guān)鍵詞：水力發(fā)電廠水輪機振動異常故障及處理對策

引言

我國水電工程的快速發(fā)展為我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整奠定了良好的基礎(chǔ)，同時也對我國水電企業(yè)設(shè)備維護與養(yǎng)護工作提出了更高的要求。在現(xiàn)代水電站的運行維護中，水輪機組異常振動是常見的異?，F(xiàn)象。如何快速的判斷振動源并進行相應(yīng)的措施是有效保障機組運行安全的關(guān)鍵，也是目前水電站設(shè)備維護與運行安全的重要工作。在現(xiàn)代水電站運行經(jīng)驗總結(jié)中可以看出，水輪機組的振動對水電站機組甚至廠房的安全、經(jīng)濟效益都有著重要的影響。在現(xiàn)代水輪機組想高比轉(zhuǎn)速與大容量方向發(fā)展的今天，水輪機組的振動影響更為明顯。加快電廠機組振動研究以及對策已經(jīng)成為應(yīng)先我國水利水電發(fā)展的關(guān)鍵。

1水輪機振動對發(fā)電機組的影響

水力發(fā)電廠水輪機運行過程中出現(xiàn)振動是普遍現(xiàn)象，但是振動頻率必須在可控范圍內(nèi)，這樣才不會阻礙水輪機正常運行，如果振動異常就會影響水輪機發(fā)電機組的正常運行，造成經(jīng)濟損失及人身安全威脅等，主要影響包括以下幾方面：水輪機振動異?？赡軙Πl(fā)電機組的零件造成影響，使部分零件處于疲勞工作狀態(tài)，振動嚴重會導(dǎo)致零件損壞，造成安全隱患。振動異常時間過長，會使發(fā)電機組零件連接出現(xiàn)松動，加劇振動頻率，導(dǎo)致連接位置出現(xiàn)斷裂或連接零件破損的情況。振動異常會對發(fā)電機組的轉(zhuǎn)動位置造成一定程度的磨損，振動嚴重會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動位置溫度過高，燒壞轉(zhuǎn)動位置的零件，使滑環(huán)與電刷之間的磨損程度增加，發(fā)生電刷冒火花的情況。振動異常會對尾水管壁造成影響，使尾水管中水流脈動壓力過大，導(dǎo)致管壁出現(xiàn)裂縫，嚴重時可能出現(xiàn)整塊鋼板掉落現(xiàn)象。振動異?？赡軙霈F(xiàn)共振現(xiàn)象，導(dǎo)致水力發(fā)電廠整體設(shè)備出現(xiàn)故障，造成嚴重經(jīng)濟損失。

2水輪機振動異常故障原因

2.1機械振動的原因

機械振動最常見原因是轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，其次是機組軸線傾斜，還有就是導(dǎo)軸承缺陷。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，也就是轉(zhuǎn)子重心偏離旋轉(zhuǎn)軸線一個距離e，使得主軸旋轉(zhuǎn)時轉(zhuǎn)子重心以e為半徑繞主軸線旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生附加離心慣性力，這個附加的離心慣性力將迫使主軸產(chǎn)生彎曲變形，這種變形越靠近軸的兩端變形越小、越靠近離心力的作用點變形越大，主軸的空間運動形狀呈橄欖形，其投影呈弓形，故稱這種振動為“弓狀回旋”型振動。水輪機和發(fā)電機軸線傾斜也會引起振動和擺動。對新安裝機組，軸線在安裝時要進行測量調(diào)整，其擺度值通常都能處理在規(guī)定的范圍內(nèi)，因此，軸線傾斜一般不會引起劇烈振動。但在運行一段時間后，由于某些原因使軸線改變，就會引起機組振動。

2.2水力振動

引起水力振動的因素有水力不平衡、尾水管中水流不穩(wěn)定、渦帶及空腔空蝕等。一般說來，水輪機組的振動主要是水力振動引起的。（1）轉(zhuǎn)輪水力不平衡。若進入水輪機轉(zhuǎn)輪的水流失去軸對稱，就必然出現(xiàn)不平衡的徑向力，這種情況就是水力不平衡，也會造成水輪機振動。造成水力不平衡的因素，通常有蝸殼形狀不正確，不能保證軸對稱;導(dǎo)葉開度不均勻，引起流入轉(zhuǎn)輪水流不對稱和轉(zhuǎn)輪壓力分布不均勻;轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)不均勻，造成壓力脈動，產(chǎn)生橫向振動;流道有異物堵塞等。（2）尾水管中水壓力脈動。水輪機在非最優(yōu)工況下運行，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪出口水流，會在尾水管中形成渦帶，造成壓力脈動，引起機組振動。經(jīng)驗告訴我們，運行在30%～70%最優(yōu)負荷的混流式水輪機，其尾水管內(nèi)的渦帶表現(xiàn)為正向螺旋狀渦流狀態(tài)，這樣一來，在尾水管內(nèi)將會產(chǎn)生顯著的壓力脈動，其脈動頻率大致為機組轉(zhuǎn)速頻率的1/3-1/5。尾水管壓力脈動最大值出現(xiàn)在尾水管直錐段的上半部，此后，這種壓力脈動必然沿水流方向逐漸減弱，最終在肘管后消失。尾水管壓力脈動值一般小于水頭的10%，但超大型水輪機尾水管壓力脈動值有時大大超過水頭的10%，甚至達20%～30%以上。這種壓力脈動必然引起尾水管本身、壓力鋼管、頂蓋和推力軸承等的振動，還會導(dǎo)致機組出力波動，嚴重的情況下有可能造成引水管道共振和廠房振動。（3）卡門渦列。如果平行流動的水流中放置一個物體，而且這個物體是圓柱體的并順垂直流向安放的，當(dāng)水流速度不斷提升至雷諾數(shù)Re≥3.5×106時，在這個圓柱物體的后面會出現(xiàn)兩排平行的、按一定距離交錯排列的、方向相反的渦列，我們把這種現(xiàn)象稱為卡門渦列。在水輪機轉(zhuǎn)輪葉片、導(dǎo)葉等過流部件的尾部，也有可能出現(xiàn)這種卡門渦列并引起振動。當(dāng)轉(zhuǎn)輪葉片尾部產(chǎn)生的卡門渦列頻率與葉片自振頻率接近時，葉片將產(chǎn)生共振，使轉(zhuǎn)輪葉片嚴重損壞。

2.3電氣原因

靜態(tài)氣隙原因，安裝水輪機定子與轉(zhuǎn)子時，沒有做到安裝同心，也可能是定子與轉(zhuǎn)子本身存在質(zhì)量問題，導(dǎo)致靜態(tài)氣隙不均勻，對水輪機運行過程中的氣隙磁場產(chǎn)生影響，出現(xiàn)氣隙磁場不均勻甚至損壞情況。氣隙磁場損壞后，會對水輪機定子及轉(zhuǎn)子產(chǎn)生影響，導(dǎo)致水輪機振動異常。動態(tài)氣隙原因，水輪機磁極出現(xiàn)松動情況，氣隙在較小的空間位置變化，導(dǎo)致水輪機振動異常。安裝和調(diào)試水輪機過程中，由于出現(xiàn)動態(tài)氣隙情況，導(dǎo)致水輪機振動異常。

3水力發(fā)電廠水輪機振動異常處理對策

3.1機械原因處理對策

針對機械軸線不對稱導(dǎo)致水輪機振動異常情況，要嚴格按照標準要求規(guī)范安裝水輪機。針對轉(zhuǎn)動零件引發(fā)的振動，要在安裝調(diào)試過程中采取相應(yīng)解決措施，避免轉(zhuǎn)子出現(xiàn)不平衡情況，保證其正常運行。

3.2水力原因處理對策

針對水輪機發(fā)電機組內(nèi)部水力不平衡導(dǎo)致的振動異常情況，需要采取控制水流速的辦法，根據(jù)不同季節(jié)及時間變化合理制訂水流速管理方案，減少水力不平衡對水輪機運行帶來的影響。針對水輪機尾水管凹槽導(dǎo)致的振動異常情況，需要在安裝水輪機設(shè)備時，對尾水管凹槽進行優(yōu)化，使其符合正常運轉(zhuǎn)要求，降低水輪機振動異常概率。

3.3電氣原因處理對策

針對靜態(tài)氣隙原因?qū)е碌乃啓C振動異常情況，安裝過程中，要準確對靜態(tài)氣隙進行測量，采取合理控制措施，保證轉(zhuǎn)子與定子質(zhì)量，調(diào)整好磁極之間的靜態(tài)氣隙空間位置，提高水輪機的支撐能力及動態(tài)平衡精度。針對動態(tài)氣隙原因造成的影響，對水輪機零件進行加工時，要提高精準度，保證零件質(zhì)量。運輸水輪機的過程中要做好保護工作，規(guī)范合理地對水輪機進行安裝調(diào)試，后期維護保養(yǎng)也要著重關(guān)注動態(tài)氣隙，避免出現(xiàn)轉(zhuǎn)子磁極松動問題，降低事故風(fēng)險。

結(jié)語

除上述論述的故障原因外，水輪機振動產(chǎn)生還有許多因素。在實際的故障診斷與排除中，需要維修人員根據(jù)以往經(jīng)驗以及對機組各部件工況以及部件更換時間進行相應(yīng)的排除，以此避免振動故障造成的機組安全隱患，保障水輪機的安全、穩(wěn)定運行。

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