淺析水輪發電機組振動原因和處理措施

周俊

（湖南省電力公司鳳灘水力發電廠 湖南沅陵 419600）

淺析水輪發電機組振動原因和處理措施

周俊

（湖南省電力公司鳳灘水力發電廠 湖南沅陵 419600）

水輪發電機組振動是水電站運行中較為常見的故障問題，而水輪發電機組是保障電力系統穩定運行的重要基礎，因此，對機組設備進行檢測分析，明確振動問題產生原因，并采取有效措施進行處理至關重要。對此，本文首先對水輪發電機組的振動問題常見原因和處理措施進行了分析，并結合實例詳細探究了水輪發電機組振動處理對策。

水輪發電機組；振動；處理

1 引言

電力系統的穩定運行關系到國計民生，水力發電廠在電力系統中擔當者重要的角色，是實現電力網絡調頻、調峰重要部分。水輪發電機組運行效果能夠直接決定著水電廠的經濟效益和社會效益。

2 水輪發電機組振動原因

2.1 機械因素造成的振動

在水輪機運行過程中，如果轉子質量不均衡、主軸剛度不夠或者機組軸線不正，就會產生相應的干擾力，造成機組的振動問題。其主要特征在于，機組轉動的頻率與轉速相同，振幅則隨著轉速平方的增加而不斷增大。

2.2 水力因素造成的振動

（1）通流器中的水流缺乏穩定性，當水流進入轉輪后，會出現不對稱的情況，進而引發橫向作用力，導致各種組件之間的連接失去牢固性和穩定性，產生喘振現象。

（2）當定槳式流體輸送機局部載負時，在其尾部流通管內，會出現一種不穩定的流體模式，即渦流帶，呈現出螺旋的形狀，而且其渦流核心會沿某個特定的方向轉動，導致存在于尾部流通管內的流體出現大幅度的低壓脈沖，從而引發機組的不正常運轉。如果發電機組中部件的振動頻率與渦流帶脈沖率產生共振，則會導致機組發電量的下降；如果剛性管道中的流體振動頻率或者壓力管的自振蕩頻率與渦流帶脈沖率相似，則會在剛性管道內出現巨大的流體振動；如果基建工程自有振動頻率與渦流帶脈沖率近似，則可能會導致基建工程的振動。

（3）流體在繞過輪片，由入口位置輸入時，會在輸出口附近產生渦流列，而當輪片的正反面間斷輪流出現時，則會使得輪片受到水流的沖擊，一旦沖擊頻率接近輪片自身的振動頻率，就會引發共振現象。

2.3 電氣因素造成的振動

電氣所造成的磁場力是造成發電機組振動的關鍵因素，振動幅度與電磁流量之間為正比關系。同時，發電機組在不對稱的三相電流當中，如果發電機組發生故障，則就會產生轉子接地，從而引發短路問題，導致電阻值不斷降低，當有很多的電流從故障點經過時，電場不平穩問題越來越明顯，最終就會造成發電機組劇烈的振動。

3 水輪發電機組振動處理措施

3.1 振源為機械因素處理措施

立即停機，做好安全措施，根據機組異常振動特征，檢查上導、下導、水導軸承，推力軸承，定、轉子間隙情況，如果僅僅是上導或下導或水導一塊軸瓦松動，其它均正常，可以只調整上導或下導或水導軸瓦。如果定、轉子間隙不均勻，轉子中心移位，須從新調整轉子中心，并調整上導、下導、水導軸瓦以及推力軸承。處理完畢，然后開機試運行，先將機組空轉，檢查機組有無異常振動；正常后，加勵磁，檢查機組有無異常振動，無異常，逐漸帶上負荷，檢查機組帶負荷運行情況，無異常，帶滿負荷運行。

3.2 振源為水力因素處理措施

①改變葉片型號，將出水的一端進行削薄處理，使得正面與方面可以形成交變漩渦力量逐漸變小，甚至導致所有漩渦力量的消失。②避免出現氣蝕和尾水管渦流，可以在尾部流通管入口的位置進行導流瓦，有效降低渦流的振動，降低振動。③采取有效的措施對卡門渦流頻率與葉片的頻率進行調整。

3.3 振源為電氣因素處理措施

電氣原因引發的機組振動是很難控制的，應該從預防的角度進行處理。可以安排專人定期對水輪發電機組進行檢查和維護，強化管理力度，第一時間找出故障和隱患，采取針對性的措施進行解決。

4 水輪發電機組振動處理實例分析

4.1 某水電站概況

該水電站為單臺單機10MW水輪發電機組，轉動部門的總重為50t，包括上導、下導與水導軸承。巴氏合金上導6塊，單片瓦縫0.08mm；巴氏合金下導瓦6塊，單片瓦縫0.08mm；巴氏合金水導6塊，單片瓦縫0.15mm。推力軸承為剛性支柱式結構，推力瓦數量為8塊。該發電機組投產發電不久，發現上導、下導、水導以及法蘭處的振動擺度較大，存在振動現象。隨著投產時間的推移，各個部門的振動、擺度呈現出越演愈烈的趨勢，導致整個發電機組多次被迫停機。后期經過返廠處理之后，進行了重新的實驗與配重，解決了機組機械動平衡問題，振動、擺度的基本情況已經有所好轉。機組在勵磁工況的檢驗作用下，并未發電明顯的問題及變化情況，擺出電磁振動因素的影響。但這種振動的狀況，在發電機組當中并未消除。其中水導擺度值為0.70mm，上機架振動達到0.26mm。這種振動性因素的存在，機組安全、穩定的運行狀況無法得到全面的保障，需要對其進行及時的處理。

4.2 振動問題所產生的具體現象

（1）上機架的結構強度較低，整體的剛度較差，進而導致廠家進行二次的返廠加固處理。使得上機架徑向振動達到0.3mm，容易導致整個機組的共振現象產生。另外，由于上機架的整個導軸定位銷釘較少，將導致軸承支架在拆裝與運行的過程中，無法對其進行準確的控制，導致上導軸承偏離中心，造成定子與轉子在運轉過程中出現不均衡的現象，進而導致整個機組出現振動現象。

（2）水力發電機組當中，各個部門的軸承連接都將導致螺栓基礎與支架之間的連接存在設計缺陷，在結構方面的承受支撐受到影響，造成焊接受力傳遞不夠均勻。整個機組在運行的過程中，容易出現開裂狀況。并且針對不同的鋼材，在進行處理的過程中，焊接過程十分繁瑣，造成發電機組運行過程中由于振動引發的軸承漏油、燒瓦現象，使得振動現象出現惡性化的循環。

（3）整個發電機組在完成首次的安裝之后，對發電機組需要進行改革中心的測定。需要完成對其的反復審核，為機組的檢修以及軸線的調試提供保障并奠定依據。但由于在整個機組的運行過程中，機組本身的軸線相對彎折，導致整個機組的整個軸線的調整質量不高。同時，由于在原設計當中，導瓦間隙無法滿足運行的基本要求，導致在整個三導結構當中的軸承運行不同心。

（4）機組軸線不正，是造成發電機組振動的原因之一。對該電站發展機組的檢驗與校準過程發現，機組的鏡板底平面與機組軸并未處于垂直的狀態，導致軸線之間存在一定得夾角。造成水輪機軸與發電機周補充和，總軸向力無法通過軸承最新紅心，將會產生一個偏心力矩，使得整個軸承的受力取法均勻，影響轉子運行。脈動頻率與機組轉速的頻率保持相同的狀態，導致整個軸承之間產生軸向的振動因素，進而引發振動的出現。

（5）對該電站進行分析研究與分析的過程中，受到推力頭以及大軸簡析的影響，整個機組盤車測量周線發現上導軸頸圓度較差，經過百分比讀數的測量可以發現，其最大值與最小值的差已經達到0.09mm，這一較高的差度值，將會對水輪發電機組穩定性產生不利的影響。

4.3 水輪機發電機組振動消除措施

（1）增強各個部門之間的連接強度。對整個發電機組上導、上機架中心，增加銷釘，為整個機組的軸線穩定性提供可靠性的依據。協調整個機組固定部件之間的圓度與通信情況，為最終的驗證提供發展的依據，調整整個軸線的高度與準確度。為滿足盤車時對上導軸位的基本要求，最終使其能夠更加接近理想中心。實現上機架與上導軸承兩處的固定與處理，現場運用銷釘進行固定，進而對整個軸承中線進行固定，避免發電機組振動現象的出現。

（2）調整安裝工藝。整個發電機組在安裝的過程中，注重對機組各個部件之間的軸線進行調節，增強軸線的質量。由于對軸線的調整手段過于復雜，需要將上導軸作為基本的切入點與關鍵點，輔助參考上機架與水輪機上蓋當中所現實的計算坐標，進而通過單位的換算，保持整個軸線調整的精準度。通過這種方法，使得該電站的水輪發電機組軸線調整質量較高。精準配重。在完成安裝之后，保持整個平衡的配重數值能夠達到一定得標準與要求，進而減小部分振動的幅度。當然，精準配重的方法并不能夠完全的解決振動問題，但可以發揮出一定得抑制作用。

（3）增強導軸承的支撐強度。通過這種方法，解決導軸在設計過程中強度方面的缺陷因素。在當前的導軸設計當中，通常表現在強度方面。強度設計較差，導致整個發電機組出現振動的狀況時，將會導致軸承松動以及間隙增大的狀況。處理這種問題，可適當的增加兩種鋼材之間的溝槽，進而增加焊接的深度，為可靠性提供保障。

（4）確保盤車數據能夠負荷國家標準，將連接法蘭解體，增加0.15mm的銅皮薄墊，并保持境底與機組軸線垂直。

5 結語

水輪發電機組運行中出現異常振動是不可避免的，對此，首先需要掌握引起機組異常振動的振源的類型、特征、危害以及振動規律等，然后對機組不同的異常振動進行分析、判斷，這樣才能迅速、準確地消除引起機組異常振動的振源，確保機組安全、穩定、可靠、經濟運行。

[1]陳前榮，俞燦平.水輪發電機組運行中劇烈振動的原因及處理[J].小水電，2014（05）：75～78.

[2]桑志寬.淺析水輪機發電機的振動原因及處理對策[J].山東工業技術，2015（02）：14.

[3]梅江志.水輪發電機組振動問題思考[J].硅谷，2014（06）：159.

TM312

A

1004-7344（2016）13-0130-02

2016-4-19

周俊（1982-），男，工程師，本科，主要從事水輪發電機組機械檢修工作。