水電站機(jī)組振動(dòng)和擺度原因分析及處理方法

高陽

摘 要： 目前，我國(guó)的水電站站發(fā)展迅速，水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生的振動(dòng)和其它動(dòng)力機(jī)械產(chǎn)生的振動(dòng)存在明顯差異，但機(jī)組振動(dòng)是一種較為常見和明顯的現(xiàn)象，但它的振源通常十分隱蔽，除機(jī)器自身發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)引起的振動(dòng)，當(dāng)水輪機(jī)過流受到發(fā)電機(jī)電磁力持續(xù)作用后，也會(huì)對(duì)系統(tǒng)與它的部件造成影響，進(jìn)而產(chǎn)生振動(dòng)。導(dǎo)致機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的原因有很多，一般多種振源共同存在，通常情況下，導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生振動(dòng)的源頭以電氣、水力與機(jī)械為主，而且這三者還相互作用與影響，彼此交織，最終產(chǎn)生耦合振動(dòng)。

關(guān)鍵詞： 水電站機(jī)組振動(dòng);擺度原因分析;處理方法

【中圖分類號(hào)】TM312 ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B ? ? 【文章編號(hào)】1674-3733（2020）05-0136-01

引言：全方位確保水電站的運(yùn)行安全，必須根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和相關(guān)設(shè)備系統(tǒng)等多重角度細(xì)化水電站安全運(yùn)行管理標(biāo)準(zhǔn)，制定安全技術(shù)規(guī)范。（1）管理人員應(yīng)注重構(gòu)建完善的水電站安全運(yùn)行管理體系，指明安全操作與執(zhí)行規(guī)范，嚴(yán)格做好主體建筑結(jié)構(gòu)和大型機(jī)電設(shè)備的質(zhì)檢工作，不斷優(yōu)化設(shè)備技術(shù)性能，大力加強(qiáng)水電站建設(shè)期間的質(zhì)量管控。需要注意的是，當(dāng)水電站初步建成后，其主體建筑結(jié)構(gòu)和主要設(shè)備安裝已基本成形，此時(shí)，就要嚴(yán)格做好質(zhì)檢工作，適當(dāng)調(diào)整局部角度和位置，如果無法改變某些部位，就需要調(diào)整設(shè)備組裝角度，做好機(jī)電安裝調(diào)試工作。（2）要做好水電站設(shè)備試運(yùn)調(diào)試工作，對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行全面質(zhì)檢，修復(fù)各種缺陷，排除一切隱患。（3）工作人員應(yīng)堅(jiān)持定期診測(cè)水電站所有設(shè)備的各部狀態(tài)，全面做好設(shè)備檢修工作，確保大壩、水工建筑物、水電站廠房和周邊構(gòu)筑物的安全性能，定期查看機(jī)電設(shè)備與其保護(hù)控制系統(tǒng)、預(yù)警系統(tǒng)、輔助設(shè)備之系統(tǒng)和安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能互相合作，處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。

1 機(jī)組振動(dòng)的危害與產(chǎn)生振動(dòng)的原因

水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)是一種有害現(xiàn)象，影響到機(jī)組的使用壽命。振動(dòng)過大會(huì)造成設(shè)備焊縫開裂、螺栓松動(dòng)、零件疲勞斷裂、飛出等，這對(duì)于高速旋轉(zhuǎn)的機(jī)組來說是相當(dāng)危險(xiǎn)的，嚴(yán)重地威脅著電站的運(yùn)行安全。水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的原因，根據(jù)外力來源的不同可分為3種：水力振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)、電磁振動(dòng)。其中水力振動(dòng)的原因有水力不平衡，水輪機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，尾水管中水流不穩(wěn)等;機(jī)械振動(dòng)的原因有轉(zhuǎn)子重量不平衡，機(jī)組的軸線不正，軸承存在缺陷等;電磁振動(dòng)的原因有轉(zhuǎn)子繞組短路，空氣間隙不均勻等。了解這些振動(dòng)產(chǎn)生的原因，就為正確解決問題提供了保證。

2 優(yōu)化措施分析

2.1 健全水電站安全管理制度

健全水電站安全管理制度則必須針對(duì)水電站運(yùn)行安全管理工作需要制定人力資源管理制度、安全用電技術(shù)管理制度和安全監(jiān)督管理制度，明確工作紀(jì)律，禁止違規(guī)操作。（1）要注重健全各種電氣設(shè)備故障維修制度，對(duì)所有電氣設(shè)備進(jìn)行全方位監(jiān)控，如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在異常，必須立刻進(jìn)行質(zhì)檢與維修。（2）要健全水電站安全監(jiān)控制度，以此確保水電站安全運(yùn)行監(jiān)控質(zhì)量。工作人員應(yīng)注意在安置監(jiān)控系統(tǒng)的過程中著重優(yōu)化該系統(tǒng)的全方位監(jiān)測(cè)功能，促進(jìn)該系統(tǒng)和遠(yuǎn)程技術(shù)的有效結(jié)合，從而確保水電站監(jiān)控系統(tǒng)能夠全方位掌控本站重要設(shè)備以及設(shè)備的重要部位的運(yùn)行狀況，對(duì)水力發(fā)電作業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)實(shí)施全過程自動(dòng)監(jiān)控與記錄，發(fā)現(xiàn)隱患后，能夠自動(dòng)報(bào)警，要充分發(fā)揮控制功能以免安全事故擴(kuò)大。（3）水電站應(yīng)注意促進(jìn)遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)和無線移動(dòng)通信技術(shù)終端的有機(jī)融合，這樣能夠確保管理人員及時(shí)收到移動(dòng)報(bào)警信息。

2.2 水力失衡

水流在具備位能與動(dòng)能之后，將在蝸殼作用下產(chǎn)生環(huán)流，之后轉(zhuǎn)輪由于受到導(dǎo)葉持續(xù)作用（包括固定導(dǎo)葉與活動(dòng)導(dǎo)葉，但無論哪一種導(dǎo)葉，其分布均保持均勻）而開始旋轉(zhuǎn)。因加工與安裝無法避免誤差的產(chǎn)生，導(dǎo)致導(dǎo)水葉的流道及葉片，在形狀和尺寸等方面存在很大的差別，直接或間接作用在轉(zhuǎn)輪上的水流，如果失去軸對(duì)稱，將產(chǎn)生不平衡的橫向作用力，導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪發(fā)生振動(dòng)，這一振動(dòng)在空載狀態(tài)和低負(fù)荷運(yùn)行狀態(tài)更為強(qiáng)烈。針對(duì)由這一原因造成的振動(dòng)，可采用以下措施來預(yù)防和處理：從加工和安裝兩個(gè)環(huán)節(jié)入手，盡可能減小誤差，避免流道與葉片在形狀和尺寸上產(chǎn)生較大的差別。除以上原因外，磁拉力不平衡和軸線不直也會(huì)造成振動(dòng)，電機(jī)中，定子和轉(zhuǎn)子間存在的不均勻氣隙將使兩者間產(chǎn)生不均衡磁拉力，即便定、轉(zhuǎn)子表面十分規(guī)則，機(jī)組當(dāng)中因軸系產(chǎn)生變形將導(dǎo)致電機(jī)轉(zhuǎn)子偏心，進(jìn)而導(dǎo)致磁拉力不平衡。導(dǎo)致單邊磁拉力的原因?yàn)檗D(zhuǎn)子相對(duì)于定子發(fā)生偏心，這一般和加工與安裝過程中產(chǎn)生的誤差、軸承磨損及轉(zhuǎn)子撓度等有關(guān)。對(duì)此，應(yīng)保證加工與安全精度，減小軸承的磨損與轉(zhuǎn)子撓度。

2.3 機(jī)組轉(zhuǎn)輪室振動(dòng)原因分析

通過采用真機(jī)測(cè)試包括穩(wěn)定性試驗(yàn)、應(yīng)力試驗(yàn)、變形測(cè)試等，并結(jié)合有限元建模仿真手段，對(duì)轉(zhuǎn)輪室振動(dòng)異常原因進(jìn)行分析，可得出以下結(jié)論：1）轉(zhuǎn)輪室X/Y向振動(dòng)激振頻率為4倍轉(zhuǎn)頻（占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)），幾乎無其它頻率成分，且振動(dòng)數(shù)值、壓力脈沖隨負(fù)荷升高而增大，4倍頻的激振力應(yīng)來自于4葉片的轉(zhuǎn)輪在水中旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生。2）機(jī)組動(dòng)應(yīng)力主要是由于轉(zhuǎn)輪與轉(zhuǎn)輪室之間的間隙引起的壓力脈動(dòng)產(chǎn)生，隨著負(fù)荷增大，壓力脈動(dòng)逐漸增大，動(dòng)應(yīng)力也隨之增大，但其與轉(zhuǎn)輪室組成材料的屈服強(qiáng)度相差很大，轉(zhuǎn)輪室剛強(qiáng)度的裕度較大。3）轉(zhuǎn)輪室在機(jī)組葉片臨界頻率（4倍轉(zhuǎn)頻）下的工作變形為四瓣型膨脹變形，仿真與實(shí)測(cè)結(jié)論基本一致。4）轉(zhuǎn)輪室變形試驗(yàn)可知，鑒于球面段與擴(kuò)散段振動(dòng)位移幅度相當(dāng)，可基本排除轉(zhuǎn)輪室的振動(dòng)形式為以連接螺栓為支點(diǎn)的整體振動(dòng)。由此，可推斷機(jī)組轉(zhuǎn)輪室振動(dòng)異常的原因?yàn)椋赫w剛強(qiáng)度不足，在機(jī)組運(yùn)行不可避免的壓力脈沖外載荷下，產(chǎn)生周期性的變形，從而引起周期性的大幅度振動(dòng)?？赏ㄟ^對(duì)轉(zhuǎn)輪室加強(qiáng)的方式來降低其振動(dòng)幅值。

結(jié)語：綜上所述，如果水輪發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生超出允許范圍的振動(dòng)，將對(duì)機(jī)組帶來很大的危害，如在機(jī)組零部件及焊縫之間產(chǎn)生疲勞破壞區(qū)等，使機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)的原因有很多，在實(shí)際工作中，為預(yù)防振動(dòng)，需針對(duì)不同產(chǎn)生原因，根據(jù)振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)理，采取有效的預(yù)防技術(shù)措施，比如針對(duì)由水力不穩(wěn)引起的振動(dòng)，應(yīng)通過對(duì)水力的優(yōu)化設(shè)計(jì)來預(yù)防和處理。此外，磁拉力不平衡和軸線不直也會(huì)造成振動(dòng)，對(duì)此，應(yīng)采取有效措施來預(yù)防和處理。

參考文獻(xiàn)

[1] 梁召.水輪發(fā)電機(jī)組受油器振動(dòng)異常分析與處理[J].廣西水利水電，2017（6）：66-69.

[2] 劉世澤，岳文亭，肖先照.水輪發(fā)電機(jī)定子鐵心端部沖片逸出原因分析及預(yù)防措施[J].大電機(jī)技術(shù)，2017（6）：44-46.