水輪發(fā)電機(jī)振擺偏大原因分析及防范措施研究

李陽(yáng)

【摘 要】水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)和擺度是新機(jī)組的安裝、運(yùn)行及機(jī)組維護(hù)重要的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)于整個(gè)機(jī)組的安全性和穩(wěn)定性有著直接的影響。對(duì)此，在實(shí)踐中必須要對(duì)水輪發(fā)電機(jī)振擺偏大原因進(jìn)行分析探究。文章對(duì)導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)振擺偏大的原因進(jìn)行了梳理，并對(duì)軸承缺陷、機(jī)組軸線不正、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、動(dòng)靜摩擦以及支撐系統(tǒng)剛度不足所導(dǎo)致的水輪發(fā)電機(jī)振擺偏大問(wèn)題進(jìn)行了分析，探究了具體的解決方法，為水輪發(fā)電機(jī)振擺偏大問(wèn)題提供了有效的防范措施。

【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機(jī)；振擺偏大；原因分析；解決措施；

引言

水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)與常規(guī)的動(dòng)力機(jī)械的振動(dòng)方式有一定的差異性，故在對(duì)其進(jìn)行分析的過(guò)程中，不僅需要對(duì)機(jī)器的旋轉(zhuǎn)部件以及固定部件振動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，還需綜合發(fā)電機(jī)的電磁振動(dòng)等相關(guān)因素，探究其振動(dòng)原因。本文主要對(duì)其振擺非電磁因素及防范措施進(jìn)行了分析研究。

一、水輪發(fā)電機(jī)概述

水輪發(fā)電機(jī)主要由轉(zhuǎn)子部件、定子部件、機(jī)架部件、導(dǎo)軸承部件、冷卻器部件、推力軸承部件、制動(dòng)器等相關(guān)部件構(gòu)成。

水輪發(fā)電機(jī)將水輪機(jī)作為其原動(dòng)機(jī)，把水能轉(zhuǎn)化電能。水流在流經(jīng)水輪機(jī)時(shí)，將水能轉(zhuǎn)為機(jī)械能，通過(guò)水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)發(fā)電機(jī)中的轉(zhuǎn)子，從而將機(jī)械能變?yōu)殡娔?，再?duì)其進(jìn)行輸出，水輪機(jī)是水電站中電能生產(chǎn)的主要設(shè)備。當(dāng)水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)振擺偏大現(xiàn)象時(shí)，不僅影響系統(tǒng)的整體性能，還降低水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率，甚至導(dǎo)致安全隱患問(wèn)題的出現(xiàn)，對(duì)此必須要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行系統(tǒng)的分析。

二、水輪發(fā)電機(jī)振擺偏大原因分析

通過(guò)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的實(shí)際分析，了解到水輪發(fā)電機(jī)自身的缺陷。這些問(wèn)題主要體現(xiàn)在：軸承缺陷問(wèn)題、機(jī)組軸線不正問(wèn)題、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡問(wèn)題、動(dòng)靜摩擦問(wèn)題、支撐系統(tǒng)剛度不足問(wèn)題，這些問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)振擺偏大的現(xiàn)象。解決這個(gè)問(wèn)題，須結(jié)合實(shí)際情況對(duì)造成振擺偏大原因進(jìn)行深入研究分析。

1、水力因素

振動(dòng)的水力因素系指振動(dòng)中的干擾力來(lái)白水輪機(jī)水力部分的動(dòng)水壓力。其特征是帶有隨機(jī)性，且當(dāng)機(jī)組處在非設(shè)計(jì)L況或過(guò)渡工況運(yùn)行時(shí)，因水流狀況惡化，機(jī)組各部件的振動(dòng)亦明顯增大。由于單位體積水流的能量取決于水頭，所以機(jī)組的振動(dòng)-！般是隨水頭的降低而減弱，高水頭、低負(fù)荷時(shí)振動(dòng)相對(duì)而言較為嚴(yán)重。產(chǎn)生振動(dòng)的水力因素主要有：水力不平衡、吊水管低頻水壓脈動(dòng)、卡門渦列、間原射流等。

2、空腔汽蝕

水流通過(guò)水輪機(jī)時(shí)，其流向隨流道改變，在流速增高或脫流部位壓力降低到汽化壓力時(shí)水流中產(chǎn)生汽泡，汽泡進(jìn)入高壓區(qū)潰滅時(shí)便會(huì)出現(xiàn)汽蝕。汽蝕發(fā)生時(shí)，在汽蝕部位會(huì)發(fā)生特殊的噪聲和撞擊聲。空腔汽蝕是流道中因游渦帶引起脫流、負(fù)壓而造成的壓力交變產(chǎn)生的振動(dòng)。由空腔汽蝕引起機(jī)組的頂蓋和推力軸承出現(xiàn)劇烈的垂直振動(dòng)，它比橫向振動(dòng)的危害更大。

3、居水管低頻水壓脈動(dòng)

4、水輪機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí)，由于轉(zhuǎn)輪出口處的旋轉(zhuǎn)水流及脫流旋渦和汽蝕等影響，在居水管內(nèi)常引起水壓脈動(dòng)。尤其是在尾水管內(nèi)出現(xiàn)大洞帶后，潤(rùn)帶以近于固定的頻率在管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，引起水流低頻壓力脈動(dòng)。當(dāng)管內(nèi)水流一經(jīng)發(fā)生，壓力脈動(dòng)就會(huì)激起尾水管壁.轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、壓力管道的振動(dòng)。

4、機(jī)組軸線不正

機(jī)組軸線與推力頭地平面不垂直，軸線在法蘭結(jié)合面處曲折、軸線傾斜與曲折時(shí)即為機(jī)組軸線不正。機(jī)組軸線不正會(huì)造成偏心距的產(chǎn)生，再加上轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，偏心力矩選旋轉(zhuǎn)，造成推力軸與支柱螺栓的軸向振動(dòng)，最終則導(dǎo)致轉(zhuǎn)子振動(dòng)。機(jī)組軸線不正，也會(huì)導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)振擺偏大的情況

三、水輪發(fā)電機(jī)振擺偏大防范措施

通過(guò)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組中存在的振擺偏大問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)分析后可知，在實(shí)踐中可以通過(guò)科學(xué)的方式進(jìn)行防范，具體如下：

1、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

通過(guò)工程實(shí)例中可了解到，在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡等因素下水輪發(fā)電機(jī)組會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)問(wèn)題，這一點(diǎn)在新機(jī)組的安裝與調(diào)試過(guò)程中尤為明顯。而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的主要原因是發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)偏心、推力瓦呈現(xiàn)不平的狀態(tài)、鏡板傾斜等問(wèn)題。這是因?yàn)樗啺l(fā)電機(jī)是通過(guò)多種零部件構(gòu)成的，其轉(zhuǎn)子體積相對(duì)較大、自重較大，在對(duì)其進(jìn)行加工、組裝的過(guò)程中無(wú)法保障其整體質(zhì)量均衡。

2、對(duì)各處的擺度值進(jìn)行測(cè)定，判斷是否滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)軸線不正問(wèn)題進(jìn)行確認(rèn)及排除，如果發(fā)現(xiàn)軸線不正，可根據(jù)要求合理調(diào)整軸線。

對(duì)支撐系統(tǒng)自身剛度不足導(dǎo)致的發(fā)電機(jī)振擺偏大問(wèn)題進(jìn)行處理時(shí)，主要是通過(guò)動(dòng)平衡方法降低發(fā)電機(jī)振擺幅度大的問(wèn)題?，F(xiàn)實(shí)中機(jī)組的上機(jī)架中不同方向中的動(dòng)剛度是有差異的，X軸方向剛度系數(shù)較小振動(dòng)相對(duì)較大，在激振力一致的狀況之下，要想有效地消除這種振動(dòng)問(wèn)題，可采用過(guò)動(dòng)平衡的方式。但是由于此種振動(dòng)問(wèn)題在實(shí)際中受到機(jī)組的實(shí)際設(shè)計(jì)的影響，單純采用動(dòng)平衡方法無(wú)法從根本上解決振擺偏大等相關(guān)質(zhì)量問(wèn)題。在實(shí)際中應(yīng)須及時(shí)解決設(shè)計(jì)以及安裝等問(wèn)題，進(jìn)而提升其整體的質(zhì)量與效果。

3、對(duì)于動(dòng)靜摩擦。在工程上主要通過(guò)放大下導(dǎo)油盆的實(shí)際密封間隙的方式，對(duì)整個(gè)機(jī)組進(jìn)行二次啟動(dòng)，記錄在進(jìn)行定速的過(guò)程中相關(guān)導(dǎo)軸承擺度具體的工頻幅值以及對(duì)應(yīng)的相位變化情況，相應(yīng)改變下導(dǎo)油盆的實(shí)際密封間隙，可使發(fā)電機(jī)振擺偏大問(wèn)題得到一定的改善。

四、結(jié)束語(yǔ)

文章分析了水輪發(fā)電機(jī)振擺偏大原因并探究了防范措施。軸承缺陷、機(jī)組軸線不正、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、動(dòng)靜摩擦、支撐系統(tǒng)剛度不足的問(wèn)題都會(huì)導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)出現(xiàn)振擺偏大的現(xiàn)象。在實(shí)際的案例中，應(yīng)基于事實(shí)與理論，綜合研究分析問(wèn)題，提出合理解決方案。

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（作者單位：新疆伊犁河流域開(kāi)發(fā)建設(shè)管理局伊河電力有限責(zé)任公司）