關(guān)于水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的原因分析與處理對(duì)策探討

【摘要】水力發(fā)電作為一種節(jié)能、高效、環(huán)保的發(fā)電方式受到了全社會(huì)的廣泛關(guān)注，據(jù)調(diào)查我國(guó)的水能資源的理論蘊(yùn)藏量達(dá)到了6.8億千瓦，因此，我們必須對(duì)水力發(fā)電予以足夠的重視，雖然國(guó)家為了將水力發(fā)電占總發(fā)電量的比例從不到20%提高到40%，需要新建大量的水電站，但是我們也不能夠忽略對(duì)原有水電站的維護(hù)。水電站中水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)是一種非常常見的問題，但是這一問題極易影響機(jī)組的安全運(yùn)行，因此我們必須經(jīng)過嚴(yán)肅、認(rèn)真的分析，確定振動(dòng)原因，繼而采取針對(duì)性的處理措施予以解決，保證其安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

【關(guān)鍵詞】水輪發(fā)電機(jī)組；振動(dòng)；原因分析；處理對(duì)策

前言

對(duì)于水輪發(fā)電機(jī)組來說，振動(dòng)始終都是影響水電站安全運(yùn)行的一項(xiàng)關(guān)鍵因素，因此說，通過減小機(jī)組振動(dòng)的方式們能夠有效延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命，并大幅度提高運(yùn)行可靠性。與此同時(shí)，一旦機(jī)組振動(dòng)過大，輕則危機(jī)安全運(yùn)行，重則產(chǎn)生下列幾項(xiàng)嚴(yán)重危害，首先是會(huì)導(dǎo)致焊縫、零部件疲勞破壞區(qū)的形成，縮短使用壽命；有連接部件的松動(dòng)，會(huì)破壞緊固件，加劇連接部分的振動(dòng)；會(huì)由于高速轉(zhuǎn)動(dòng)零部件的相互磨損，燒毀軸承；會(huì)由于劇烈振動(dòng)，使油管接頭松動(dòng)脫落，導(dǎo)致機(jī)組無法正常運(yùn)行。

一、常見水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)原因

水電站在運(yùn)行過程中，導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)的原因可以歸納為三大類，分別是電磁部分的振動(dòng)、機(jī)械部分的振動(dòng)以及水力部分的振動(dòng)。下面我們分別進(jìn)行論述：

1 電磁部分的振動(dòng)

這部分的振動(dòng)主要是由于發(fā)電機(jī)電磁部分的電磁力而引起的，特別是在磁拉力的作用下會(huì)引起電磁振動(dòng)，對(duì)于這類振動(dòng)的產(chǎn)生，主要是由于電磁磁極形狀、方向以及轉(zhuǎn)子安裝尺寸的不同，使得磁極的拉力也不相同，最終產(chǎn)生了電磁振動(dòng)。

2 機(jī)械部分的振動(dòng)

機(jī)械振動(dòng)是較為主要的一種水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因，這種振動(dòng)主要是由于機(jī)械部分各種摩擦、慣性以及外界干擾力而導(dǎo)致的，導(dǎo)致這種振動(dòng)產(chǎn)生的原因有很多，可能是機(jī)組軸線不正，轉(zhuǎn)子質(zhì)量存在不平衡、導(dǎo)軸承存在質(zhì)量缺陷等等原因，下面我們分別就這幾種原因進(jìn)行探討。首先，機(jī)組軸線不正會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪的幾何中心偏離旋轉(zhuǎn)中心，繼而在離心力的作用下使慣性力不斷增加，在水壓力和動(dòng)力的共同作用下，產(chǎn)生大幅度擺動(dòng)。其次，轉(zhuǎn)子質(zhì)量的不平衡會(huì)使轉(zhuǎn)子的中心在軸上形成偏心距，繼而使機(jī)組發(fā)生劇烈振動(dòng)。最后，導(dǎo)軸承存在質(zhì)量缺陷主要是指到軸承的剛性達(dá)不到使用要求并且出現(xiàn)松動(dòng)情況，而且導(dǎo)軸承縫隙過大也會(huì)由于潤(rùn)滑效果的減弱而使運(yùn)行不穩(wěn)定，這些缺陷都會(huì)使導(dǎo)軸承在運(yùn)行過程城中出現(xiàn)干摩擦問題，最終產(chǎn)生橫向振動(dòng)力，使機(jī)組發(fā)生振動(dòng)。

3 水力部分的振動(dòng)

水力振動(dòng)主要是由于干擾力造成的，而造成這種干擾力的最主要原因就是水輪機(jī)產(chǎn)生的水力部分存在動(dòng)水壓力。導(dǎo)致水力振動(dòng)產(chǎn)生的因素很多，主要是尾水管里的深水里出現(xiàn)氣蝕、不穩(wěn)定以及脫流等情況；或者是水力不平衡的原因。首先，氣蝕產(chǎn)生的振動(dòng)，主要是水流流入角大于導(dǎo)葉流入角3度的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)區(qū)域，這個(gè)區(qū)域的劇烈的振動(dòng)會(huì)逐步傳遞到尾水管部分以及轉(zhuǎn)動(dòng)部分，最終產(chǎn)生嚴(yán)重的振動(dòng)問題。其次是水力不平衡問題，由于會(huì)在尾水管中心附件產(chǎn)生邊界旋轉(zhuǎn)流水，因此會(huì)降低尾水管出水口的水壓，繼而在旋轉(zhuǎn)流水中心產(chǎn)生空腔，最終產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)現(xiàn)象。最后就是發(fā)生最為頻繁的脫流振動(dòng)，這種振動(dòng)的產(chǎn)生主要是由于建設(shè)過程中為了節(jié)省造價(jià)，未建設(shè)調(diào)壓井而導(dǎo)致的，這種情況下，脫流是導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的最主要原因。脫流是由于機(jī)組為了甩掉負(fù)荷而采取緊急停機(jī)時(shí)，快速關(guān)閉活動(dòng)導(dǎo)葉，使得尾水管里存在大幅度的壓力降，此時(shí)再將靜壓降至比水飽和真空氣壓還低的狀態(tài)時(shí)，尾水管內(nèi)的水會(huì)形成大量氣泡并進(jìn)入到分離狀態(tài)，這些氣泡分離后還會(huì)重新結(jié)聚，產(chǎn)生相應(yīng)的壓力，使得水輪機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。

二、水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的處理對(duì)策

1 電磁振動(dòng)的處理對(duì)策

由于電磁振動(dòng)主要是由于發(fā)電機(jī)電磁力和磁拉力的異常而導(dǎo)致的振動(dòng)，而且主要是由于轉(zhuǎn)子磁極形狀、方向以及安裝等原因使磁極拉力不同而產(chǎn)生的振動(dòng)。因此，在建設(shè)、維修的過程中，工作人員要與安裝單位的技術(shù)人員、作業(yè)人員共同現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核，盡可能的減小定子與磁極的距離，避免振動(dòng)的發(fā)生。

2 機(jī)械振動(dòng)的處理對(duì)策

由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡問題是最主要的機(jī)械故障，占總故障的60%，因此，我們需要予以足夠的重視，轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡有兩種，分別是動(dòng)不平衡和靜不平衡，其中動(dòng)不平衡指的是轉(zhuǎn)子垂直方向相反，產(chǎn)生的偏心力會(huì)由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡而轉(zhuǎn)變成轉(zhuǎn)子中心對(duì)軸的偏心距，繼而使振動(dòng)情況加劇。靜不平衡指的是轉(zhuǎn)子的垂直方向相同，繼而產(chǎn)生的一種偏離軸線的偏心力。導(dǎo)軸承存在缺陷主要指的是導(dǎo)軸承運(yùn)行時(shí)不穩(wěn)定、松動(dòng)，并且由于其較大的間距使?jié)櫥Ч焕硐耄鲜銮闆r發(fā)生后，就會(huì)增大部件間的摩擦，繼而產(chǎn)生橫向振動(dòng)力，最終引發(fā)機(jī)組的振動(dòng)。我們可以通過測(cè)量轉(zhuǎn)子圓度的方式分析、檢查轉(zhuǎn)子中心是否與軸線重合，只要能夠保證兩者之間的偏差誤差在允許范圍內(nèi)即可有效減少振動(dòng)。

3 水力振動(dòng)的處理對(duì)策

對(duì)于水力振動(dòng)來說，我們可以通過在導(dǎo)葉關(guān)閉油路中安裝分段關(guān)閉閥的方式，控制導(dǎo)葉關(guān)閉速度，即可有效解決問題。此外，現(xiàn)今絕大多數(shù)的水電站機(jī)組為軸流旋槳式，如果沒有做好協(xié)聯(lián)曲線則會(huì)導(dǎo)致水輪機(jī)無法處于最優(yōu)協(xié)聯(lián)關(guān)系，這樣的狀態(tài)水流就會(huì)產(chǎn)生沖角，繼而引起水力不平衡，產(chǎn)生振動(dòng)。機(jī)組在運(yùn)行過程中如果能夠?qū)C(jī)組調(diào)速器槳葉切換為手動(dòng)運(yùn)行，也可明顯降低振動(dòng)。

三、結(jié)論

綜上所述，水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)是困擾水電站安全運(yùn)行的主要問題之一，因此說我們必須對(duì)振動(dòng)原因進(jìn)行深入性分析，準(zhǔn)確找到振動(dòng)原因，以便采取針對(duì)性的措施控制振動(dòng)的繼續(xù)產(chǎn)生。隨著生產(chǎn)工藝、制造技術(shù)等的不斷發(fā)展，水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)發(fā)生頻率逐漸降低，但是引發(fā)原因卻越來越多，因此我們必須對(duì)振動(dòng)予以足夠的重視，認(rèn)真分析、快速解決，保證發(fā)電站的安全、平穩(wěn)運(yùn)行。

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