水輪機(jī)發(fā)電機(jī)振動問題分析和處理

任光輝

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的振動及主軸擺動是水電站設(shè)計乃至運(yùn)行維護(hù)中一個特別重大的課題。它作為新機(jī)安裝或者機(jī)組大修試運(yùn)行時的動態(tài)評價指標(biāo)，具有舉足輕重的地位。因此減小機(jī)組的振動和擺動，對提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性和延長機(jī)組的使用壽命，具有十分重要的意義。

機(jī)組振動和擺度過大時，嚴(yán)重危及機(jī)組的安全運(yùn)行，會對機(jī)組有以下幾方面的危害：1)引起機(jī)組零部件金屬和焊縫中疲勞破壞區(qū)的形成和擴(kuò)大，縮短了機(jī)組的使用壽命；2)使機(jī)組各部位緊密連接部件松動，不僅會導(dǎo)致緊固件本身的斷裂，而且會加劇被其連接部分的振動；3)機(jī)組高速轉(zhuǎn)動部分的相互磨損，使軸承燒毀；4)振動劇烈時會導(dǎo)致調(diào)速系統(tǒng)油管路接頭部分松動脫落，使機(jī)組無法正常運(yùn)行。

2 振動原因分析

水電站中引起水輪發(fā)電機(jī)組振動的原因可分為以下三種：電磁振動、機(jī)械振動和水力振動。

電磁振動是指于擾力來自發(fā)電機(jī)電磁部分的電磁力，磁拉力差異引發(fā)的振動。由于轉(zhuǎn)子磁極形狀和安裝尺寸的差異，磁極的拉力不盡相同，從而引起振動。水電站人員通過與安裝單位的技術(shù)人員聯(lián)系，測量和調(diào)整磁極與定子間的氣隙，測量值均合乎要求。通過開機(jī)做試驗排除了電磁振動的可能性。機(jī)械振動是指振動中的干擾力來自機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其他力。引起機(jī)械振動的因素有：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，機(jī)組軸線不正，導(dǎo)軸承缺陷等。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子中心對軸產(chǎn)生 個偏心矩，從而產(chǎn)生劇烈的振動。機(jī)組軸線不正使轉(zhuǎn)輪幾何中心偏離旋轉(zhuǎn)中心，增大了離心慣性力，同時在動水壓力的作用下，推力軸承處就會發(fā)生擺振。轉(zhuǎn)子靜不平衡力應(yīng)當(dāng)是通過機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)來檢查和處理，也就是通常所說的試驗配重問題。在轉(zhuǎn)子重量相對轉(zhuǎn)子中心分布均勻的前提下，保證了轉(zhuǎn)子中心與軸線的重合就保證了轉(zhuǎn)子的重心與軸線重合，即保證了靜平衡。轉(zhuǎn)子中心與軸線是否重合，可以通過測量轉(zhuǎn)子圓度來判斷。如果轉(zhuǎn)子中心與軸線偏差很小(在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi))，則不需重新調(diào)整磁軛中心即重新打磁軛鍵。水電站機(jī)組為半傘式，通過機(jī)組盤車測量軸線，上導(dǎo)、推力、水導(dǎo)三導(dǎo)軸領(lǐng)處于同一直軸線；鏡板與軸線也垂直。根據(jù)機(jī)組變轉(zhuǎn)速試驗和轉(zhuǎn)子測圓情況判斷，機(jī)組轉(zhuǎn)子靜不平衡力不大，無需再考慮軸線與轉(zhuǎn)子重心的重合問題。導(dǎo)軸承缺陷即當(dāng)導(dǎo)軸承松動，剛性不足、運(yùn)行不穩(wěn)定或間隙過大而潤滑不良時，會發(fā)生干摩擦，產(chǎn)生橫向振動力，從而引起機(jī)組的振動。通過水電站檢修人員的檢查、測量，各部導(dǎo)軸承均正常。

水力振動是指振動中的干擾力來自水輪機(jī)水力部分的動水壓力。引起水力振動的因素有：水力不平衡、尾水管中的水力不穩(wěn)定、氣蝕、脫流等。在尾水管中心附近產(chǎn)生具有一定邊界的旋轉(zhuǎn)水流，尾水管出口水壓低時，旋轉(zhuǎn)水流的中心出現(xiàn)低壓形成空腔，從而引起機(jī)組振動、廠房振動。氣蝕引發(fā)的振動，當(dāng)水流相對于導(dǎo)葉的流入角度超過3。時就會出現(xiàn)一個產(chǎn)生劇烈振動的區(qū)域，誘發(fā)起尾水管的振動、轉(zhuǎn)動部分的擺動等。脫流引發(fā)的振動，現(xiàn)在，為了降低電站造價，即便是長尾水管的水電站也常常省去了調(diào)壓井。對于這一類水電站，脫流現(xiàn)象就成了問題。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷等原因使水輪機(jī)迅速停機(jī)時，因快速關(guān)閉活動導(dǎo)葉，在水輪機(jī)尾水管內(nèi)便產(chǎn)生很大的壓力降，這時的靜壓如果降至水的飽和蒸氣壓以下，該處的水便會形成氣泡而分離。這便是所謂脫流現(xiàn)象。分離后的水重新結(jié)合，便會產(chǎn)生巨大的壓力，伴隨著巨大的聲響，使水輪機(jī)產(chǎn)生振動。水電站在導(dǎo)葉關(guān)閉油路中裝有一個分段關(guān)閉閥，延緩了導(dǎo)葉的關(guān)閉速度，較好的解決了此類問題。

水電站機(jī)組是軸流轉(zhuǎn)槳式，對于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，如果導(dǎo)葉和槳葉沒有協(xié)聯(lián)好或水輪機(jī)的協(xié)聯(lián)曲線沒有做好，水輪機(jī)處于非最優(yōu)協(xié)聯(lián)關(guān)系時，水流就不是無撞擊進(jìn)口而產(chǎn)生沖角，引起水力不平衡，產(chǎn)生振動。機(jī)組在運(yùn)行時，運(yùn)行人員有時將機(jī)組調(diào)速器槳葉切換到手動運(yùn)行方式下，手動協(xié)聯(lián)槳葉，會使振動明顯下降。綜合以上情況可認(rèn)定是水輪機(jī)的協(xié)聯(lián)曲線沒有做好，才導(dǎo)致的水輪發(fā)電機(jī)振動。

結(jié)語。水輪發(fā)電機(jī)的振動，在理論上涉及很多學(xué)科領(lǐng)域，在國內(nèi)外迄今為止仍是難度很大的課題，在機(jī)組運(yùn)行中如何監(jiān)視機(jī)組振動，及早發(fā)現(xiàn)異常情況，防止因振動產(chǎn)生的事故是十分重要的工作，這需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗結(jié)合科學(xué)的理論，在維護(hù)檢查工作中全面加強(qiáng)設(shè)備的動態(tài)管理，確保水輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。同時在機(jī)組的安裝施工中，要提高安裝精度與質(zhì)量，以保證機(jī)組穩(wěn)定。

[1]何杰.水輪發(fā)電機(jī)組軸電流的產(chǎn)生與防治[J].黑龍江科技信息，2008-05-15.