水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組振動存在的問題與措施探討

官厚奎

摘要：水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的安全問題一直是廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)。在水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組振動過快和擺幅過大時，將會對機(jī)組的安全問題造成嚴(yán)重的威脅，不僅會阻礙機(jī)組的正常運(yùn)行，還會使機(jī)組的使用壽命縮短。本文針對機(jī)組振動問題的原因，有的放矢地提出了相應(yīng)的措施。

關(guān)鍵詞：水輪機(jī);發(fā)電機(jī)組;振動

引言

近些年來，我國的水力發(fā)電事業(yè)有著很大的進(jìn)步，各類水輪發(fā)電機(jī)不管是大中小型號的，都相繼建成并被普遍投入使用。水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中經(jīng)常會出現(xiàn)振動情況，這一定程度上影響了機(jī)組運(yùn)行的安全性、穩(wěn)定性和可靠性。大部分機(jī)組在運(yùn)行的過程中經(jīng)常會出現(xiàn)振動的情況。

一、水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組振動機(jī)理

水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組振動的振源主要表現(xiàn)在水力、機(jī)械、電氣方面，通過這三方面的原因形成了一個復(fù)雜又穩(wěn)定的狀態(tài)。在進(jìn)行全面調(diào)查時需要在振動現(xiàn)象發(fā)生的情況下，運(yùn)用各種方法對故障進(jìn)行診斷并加以分析，判斷其振動的振源并加以確認(rèn)，根據(jù)發(fā)現(xiàn)的問題采用對應(yīng)的措施。機(jī)組在運(yùn)行的過程中，影響機(jī)組振動的這三個主要原因，在一定條件下會產(chǎn)生不同的影響。而這種振動對機(jī)組的影響在其效率和安全方面都是不同的，其表現(xiàn)程度也不同。振動的振幅過大將會帶來一系列問題，對機(jī)組本身、周圍的建筑、甚至是整個水電站的影響是巨大的，對其安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。為此，在對機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行診斷分析時，振動通常作為檢測的主要依據(jù)。水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組的振動機(jī)理較為復(fù)雜，是水力、機(jī)械、電氣等各方面相互影響、相互促進(jìn)的。其介質(zhì)主要是電磁場、流體、密封液體膜或油膜以及一些固體結(jié)構(gòu)。水輪機(jī)組的振動是耦合振動，很多作用之間的聯(lián)系很難用數(shù)值模型和理論方法精準(zhǔn)的表達(dá)出來，只能建立一個近似值。所以在機(jī)組振動的研究過程中一般采取的是實(shí)例分析，經(jīng)過一次次嘗試，以實(shí)踐來解決振動問題。通過實(shí)踐積累的經(jīng)驗和大量的資料不僅為建立數(shù)值模型和理論分析提供了依據(jù)，還為機(jī)組振動的診斷與維護(hù)提供了大量的信息，在實(shí)踐中尋找相應(yīng)的措施。

二、水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組振動的影響因素

（一）電磁因素

若是當(dāng)不確定的磁極發(fā)生了短路的情況之后，會使得磁動勢逐漸減小，與之相對稱的磁極磁動勢卻不會因此出現(xiàn)任何的變化，之后便能誕生出一個和轉(zhuǎn)子呈現(xiàn)出同向轉(zhuǎn)動的不平衡磁拉力，由此就導(dǎo)致了機(jī)組出現(xiàn)振動的情況。定子鐵芯的組合縫如果出現(xiàn)了松動的問題，或者是鐵芯本身發(fā)生了松動的情況，將會導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)振動現(xiàn)象。若是定子繞組的固定不科學(xué)，當(dāng)電氣負(fù)荷比較高的時候，也會讓機(jī)組出現(xiàn)振動問題。

（二）機(jī)械因素

相較于一般的臥軸旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，中大型水輪發(fā)電機(jī)組基本上是立軸，如某水電站的機(jī)組，就屬于立軸滾流式。面對這樣的情況，各個部位的導(dǎo)軸承往往不會承載著靜載荷，軸頸也不會出現(xiàn)靜偏心。機(jī)械因素所導(dǎo)致的機(jī)組振動一般表現(xiàn)于不同的方面。（1）如果發(fā)電機(jī)組在空載低轉(zhuǎn)速的情況之下發(fā)生了相對顯著的振動情況，則可以分析出引起這類問題的原因是機(jī)組緊固的零部件出現(xiàn)了松動的問題，再就是軸線發(fā)生了曲折的情況、中心尚未對準(zhǔn)等。（2）如果發(fā)電機(jī)的振幅及機(jī)組轉(zhuǎn)速的二次方呈現(xiàn)出較為明顯的正比關(guān)系，水平振動的幅度比較大，則可以判定為導(dǎo)致機(jī)組振動的原因是機(jī)組轉(zhuǎn)動部分出現(xiàn)了質(zhì)量不平衡的情況。（3）如果發(fā)電機(jī)組振動相對強(qiáng)烈，同時還出現(xiàn)了撞擊的聲音，應(yīng)該考慮引起機(jī)組振動的原因是相關(guān)轉(zhuǎn)動部件和固定部件處于相互碰撞的狀態(tài)之下。（4）如果發(fā)電機(jī)組振幅伴隨著機(jī)組負(fù)荷發(fā)生的變化呈現(xiàn)出顯著的變化，則應(yīng)該考慮的原因是主軸較細(xì)或者是軸本身的剛度不符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

（三）水力因素

（1）汽蝕

汽蝕被列入水力因素的范疇之中，通?？梢詣澐殖鋈N主要的類型，也就是間隙、空腔、翼形。其一會讓轉(zhuǎn)輪室發(fā)生破壞，葉片的周邊和轉(zhuǎn)輪體的局部等部位受到負(fù)面的影響。其二常見于水輪機(jī)座環(huán)內(nèi)側(cè)，同時也可見于尾水管的上半段。其三則是常見于葉片的背面和輪翼的周邊。在汽蝕的影響之下，水輪機(jī)的表面會遭到破壞，同時還能引發(fā)比較劇烈的振動，也會產(chǎn)生較大的噪音。在機(jī)組部分負(fù)荷時，機(jī)組振動相對明顯，這種情況也會出現(xiàn)噪聲問題，振動的頻率一般是在300-500赫茲，被列入高頻振動的范疇。

（2）尾水管渦帶

尾水管渦帶是水輪發(fā)電機(jī)組在實(shí)際振動的時候相對常見的振動源，除去引起機(jī)組振動的情況外，還會導(dǎo)致壓力脈動等相對嚴(yán)重的問題。一般來說，渦帶在擺動的過程中，不但會讓水輪機(jī)發(fā)生振動問題，還會導(dǎo)致引水系統(tǒng)及廠房共振等問題出現(xiàn)，嚴(yán)重的誘發(fā)電網(wǎng)功率擺動問題。

三、水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組振動的處理措施

（一）合理運(yùn)用振動測試方法

（1）儀表法

儀表法是目前在實(shí)際應(yīng)用中使用最多的一種方法，因為這種方法主要是通過使用測振儀、百分表和千分表等測量儀器來對機(jī)組振動的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時測量，這種方法使用簡單，只需操作人員按步驟使用儀器完成對機(jī)組振動頻率、波形、周期和相位等物理參數(shù)的測量和記錄即可，方便快捷，因此應(yīng)用廣泛。

（2）振動檢測系統(tǒng)

振動檢測系統(tǒng)是另外一種通過實(shí)時監(jiān)控來達(dá)到采集機(jī)組振動數(shù)據(jù)的方法，它主要通過在機(jī)組部分安裝的大量專業(yè)傳感器和放大器來達(dá)到檢測的目的。首先，通過傳感器可以將機(jī)組振動的振動量進(jìn)行實(shí)時采集，采集來的振動量通過放大器可以在遠(yuǎn)程的示波器上進(jìn)行顯示，最后通過專業(yè)的軟件分析，就可以將這些信號轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的物理數(shù)據(jù)。這種方法靈敏度高，且不用使用人工，省時省力，但是缺點(diǎn)是容易受到外界電磁場的干擾，所以使用環(huán)境要特別注意。

（二）發(fā)電機(jī)組振動故障的處理方法

（1）電磁因素引起的振動處理

可按照轉(zhuǎn)子磁極鍵的實(shí)際情況，并在反復(fù)測轉(zhuǎn)子圓度，當(dāng)機(jī)組由于電磁因素出現(xiàn)故障時，首先需要檢查轉(zhuǎn)子磁極鍵是否出現(xiàn)問題，要多次測量轉(zhuǎn)子圓度，通過檢查確定轉(zhuǎn)子圓度合格后，需要將多出部分的磁極鍵切掉，在轉(zhuǎn)子上方添加一塊擋板，并對剩余磁極鍵進(jìn)行加固，這樣就完成了對磁極部分的修復(fù)，最后再次進(jìn)行轉(zhuǎn)子圓度的測試，如果再次符合標(biāo)準(zhǔn)，那么機(jī)組就可以再次正常工作了。

（2）水力因素引起的振動故障處理

水力因素引起的機(jī)組故障主要分為尾水管渦帶引起的振動和汽蝕因素引起的振動。對于第一種情況，可以通過在低負(fù)荷區(qū)域增加氣體量使尾水管的壓力脈動振幅得到降低。在超負(fù)荷區(qū)域則主要可通過加裝減振裝置等措施降低渦帶壓力脈動，達(dá)到控制機(jī)組振動的目的。對于第二種原因，首先需要技術(shù)人員定期對機(jī)組進(jìn)行檢查，盡量保證機(jī)組不在低負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行工作，這樣可以最大程度降低汽蝕的影響。其次，可以通過在尾流管加裝尾翼或者導(dǎo)流裝置來提高出力，降低汽蝕出現(xiàn)的概率和降低其不良影響。

（3）機(jī)械因素引起的振動故障處理

相較于電磁和水力方面的影響，由于機(jī)組本身機(jī)械構(gòu)造方面的缺陷造成的影響更容易解決，解決這類故障的核心就是加強(qiáng)整個設(shè)備精密度和同心度的提高以及后期的校正維護(hù)，例如：安裝設(shè)備前進(jìn)行嚴(yán)格仔細(xì)的檢查以及軸線的標(biāo)準(zhǔn)化的校正，后期的定期維護(hù)校正等，這些都是可以顯著降低機(jī)組機(jī)械振動的有效措施。

結(jié)束語

總之，水輪發(fā)電機(jī)組振動會對正常的生產(chǎn)造成很大影響，因此，針對這個問題，本文首先闡述了到底什么是引起機(jī)組振動的主要因素，接著提出可行的有效的解決處理方法。因為在實(shí)操中不可避免水輪發(fā)電機(jī)組的振動情況，所以最好的解決處理方法就是預(yù)防，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行治理，利用這些合理科學(xué)的方案措施，最大程度地減少振動，減小振動，以確保機(jī)組穩(wěn)定、可靠、安全地運(yùn)行。

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