水輪機發電機振動問題分析和處理

任光輝

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

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

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

2 振動原因分析

水電站中引起水輪發電機組振動的原因可分為以下三種：電磁振動、機械振動和水力振動。

電磁振動是指于擾力來自發電機電磁部分的電磁力，磁拉力差異引發的振動。由于轉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人員聯系，測量和調整磁極與定子間的氣隙，測量值均合乎要求。通過開機做試驗排除了電磁振動的可能性。機械振動是指振動中的干擾力來自機械部分的慣性力、摩擦力及其他力。引起機械振動的因素有：轉子質量不平衡，機組軸線不正，導軸承缺陷等。由于轉子質量不平衡，轉子中心對軸產生 個偏心矩，從而產生劇烈的振動。機組軸線不正使轉輪幾何中心偏離旋轉中心，增大了離心慣性力，同時在動水壓力的作用下，推力軸承處就會發生擺振。轉子靜不平衡力應當是通過機組運轉來檢查和處理，也就是通常所說的試驗配重問題。在轉子重量相對轉子中心分布均勻的前提下，保證了轉子中心與軸線的重合就保證了轉子的重心與軸線重合，即保證了靜平衡。轉子中心與軸線是否重合，可以通過測量轉子圓度來判斷。如果轉子中心與軸線偏差很小(在標準允許范圍內)，則不需重新調整磁軛中心即重新打磁軛鍵。水電站機組為半傘式，通過機組盤車測量軸線，上導、推力、水導三導軸領處于同一直軸線；鏡板與軸線也垂直。根據機組變轉速試驗和轉子測圓情況判斷，機組轉子靜不平衡力不大，無需再考慮軸線與轉子重心的重合問題。導軸承缺陷即當導軸承松動，剛性不足、運行不穩定或間隙過大而潤滑不良時，會發生干摩擦，產生橫向振動力，從而引起機組的振動。通過水電站檢修人員的檢查、測量，各部導軸承均正常。

水力振動是指振動中的干擾力來自水輪機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定、氣蝕、脫流等。在尾水管中心附近產生具有一定邊界的旋轉水流，尾水管出口水壓低時，旋轉水流的中心出現低壓形成空腔，從而引起機組振動、廠房振動。氣蝕引發的振動，當水流相對于導葉的流入角度超過3。時就會出現一個產生劇烈振動的區域，誘發起尾水管的振動、轉動部分的擺動等。脫流引發的振動，現在，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壓井。對于這一類水電站，脫流現象就成了問題。當機組甩負荷等原因使水輪機迅速停機時，因快速關閉活動導葉，在水輪機尾水管內便產生很大的壓力降，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。這便是所謂脫流現象。分離后的水重新結合，便會產生巨大的壓力，伴隨著巨大的聲響，使水輪機產生振動。水電站在導葉關閉油路中裝有一個分段關閉閥，延緩了導葉的關閉速度，較好的解決了此類問題。

水電站機組是軸流轉槳式，對于轉槳式水輪機，如果導葉和槳葉沒有協聯好或水輪機的協聯曲線沒有做好，水輪機處于非最優協聯關系時，水流就不是無撞擊進口而產生沖角，引起水力不平衡，產生振動。機組在運行時，運行人員有時將機組調速器槳葉切換到手動運行方式下，手動協聯槳葉，會使振動明顯下降。綜合以上情況可認定是水輪機的協聯曲線沒有做好，才導致的水輪發電機振動。

結語。水輪發電機的振動，在理論上涉及很多學科領域，在國內外迄今為止仍是難度很大的課題，在機組運行中如何監視機組振動，及早發現異常情況，防止因振動產生的事故是十分重要的工作，這需要豐富的實踐經驗結合科學的理論，在維護檢查工作中全面加強設備的動態管理，確保水輪發電機組的安全運行。同時在機組的安裝施工中，要提高安裝精度與質量，以保證機組穩定。

[1]何杰.水輪發電機組軸電流的產生與防治[J].黑龍江科技信息，2008-05-15.