淺析水輪機發(fā)電機振動的原因與處理對策

杜偉強

【摘要】水輪發(fā)電機組的振動問題主要是在設(shè)計和安裝過程中對現(xiàn)有設(shè)備的缺陷造成的，如果振動問題一直沒有得到有效解決，不僅使機器的壽命大大降低，但也對整個裝置的安全運行造成了巨大的安全隱患，為此，在對振動問題及其原因進行簡要分析的基礎(chǔ)上，進一步探討了解決水輪發(fā)電機組振動問題的有效策略。由于水輪發(fā)電機組的設(shè)計缺陷，安裝過程中，會造成振動加劇，嚴(yán)重影響機組的安全運行，縮短了機組的使用壽命，所以只有解決了機組的振動問題，才能保證機組的安全穩(wěn)定運行。

【關(guān)鍵詞】水輪機發(fā)電機；振動；原因分析；處理

引言

水輪發(fā)電機組振動是水電站設(shè)計運行中的重要問題之一。作為新機器安裝或機組檢修的動態(tài)評價指標(biāo)，它起著重要的作用。因此，降低機組的振動和擺幅，提高機組的可靠性，延長機組的使用壽命，具有十分重要的意義。在水輪發(fā)電機的安裝、調(diào)試和檢修三個方面，最重要的動態(tài)評價指標(biāo)是水輪發(fā)電機軸的振動。這也是水電站設(shè)計與維護中的一個主要問題。要使機組延長使用壽命，保證機組的運行可靠性得到改善，就必須對機組的振動和擺振進行分析和找出原因，以便進一步探討振動的有效措施。

一、水輪機發(fā)電機振動問題分析

通過對各水電站的觀測與分析水電機組發(fā)電后，機組在運行一段時間后，往往會增加在急救情況下機組的振動，當(dāng)它必須采取減少他們的運行負(fù)荷來保證正常運行。機組在運行過程中，隨著機架擺動程度的增加，機架的振動振幅會增大，對機組的安全運行造成嚴(yán)重危害。首先，當(dāng)機組的振動過大時，會使整個調(diào)速系統(tǒng)的有關(guān)部位出現(xiàn)松動的情況，嚴(yán)重甚至出現(xiàn)脫落的現(xiàn)象，從而阻礙機組的正常運行。其次，由于機組的振動，高速旋轉(zhuǎn)部件在機組運行中會造成嚴(yán)重磨損。當(dāng)溫度上升到一定高度時，很容易引起軸承被燒毀。此外，由于機組的振動會導(dǎo)致緊固連接區(qū)內(nèi)單位所有的地方會出現(xiàn)較寬松的條件下，使整個固件本身有嚴(yán)重的缺陷，并通過惡性循環(huán)的作用，使振動的其他連接部分也越來越大。最后，無論是單元振動還是擺動，都會形成相應(yīng)的零件和焊縫金屬疲勞破壞區(qū)，并且在該區(qū)域內(nèi)也不斷擴大狀態(tài)，使機組的使用壽命大大降低。在水輪發(fā)電機組振動引起的水電站由于轉(zhuǎn)子磁極形狀與安裝尺寸的不同。安裝技術(shù)人員通過測量和調(diào)整磁極與定子之間的間隙。做實驗可以排除電磁振動的可能性。機械振動是指力在振動中由機械部分產(chǎn)生的慣性力、摩擦力等力。造成機械振動的因素有：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，機組軸線不正確，導(dǎo)軸承缺陷等。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量的不平衡，轉(zhuǎn)子的中心產(chǎn)生一個偏心力矩的軸，這會導(dǎo)致劇烈振動。機組軸線不正確，使轉(zhuǎn)輪的幾何中心偏離旋轉(zhuǎn)中心，離心慣性力增大。轉(zhuǎn)子不平衡力應(yīng)通過機組運行檢查和處理。在轉(zhuǎn)子重量相對于轉(zhuǎn)子中心均勻分布的前提下，保證轉(zhuǎn)子中心和軸線重合，轉(zhuǎn)子重心與軸線重合。轉(zhuǎn)子中心是否與軸線重合，可以通過測量轉(zhuǎn)子的圓度來確定。如果轉(zhuǎn)子中心和軸偏差小（在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)），則不需要重新調(diào)整軛的中心，即重新磁軛。水電站為半傘式的，通過測量單元阻軸、導(dǎo)推力軸環(huán)一直在同一軸線上。根據(jù)機組轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的測試，機組轉(zhuǎn)子不平衡力不足。當(dāng)導(dǎo)軸承松動時，剛性不足，操作不穩(wěn)定或間隙過大，潤滑不良，產(chǎn)生干摩擦，產(chǎn)生橫向振動力。通過對水電站檢修人員的檢測，各導(dǎo)軸承正常。水力振動是指水輪機液壓振動產(chǎn)生的干擾力。水力振動的原因有：水力失調(diào)、尾管水力失調(diào)、空化、水流等。在導(dǎo)流筒的中心附近，產(chǎn)生具有一定邊界的旋轉(zhuǎn)流。當(dāng)出口管出口壓力低時，旋轉(zhuǎn)中心的低壓形成空腔。氣蝕引起的振動，當(dāng)水流相對于導(dǎo)葉的進口角度超過3度時會產(chǎn)生嚴(yán)重的振動區(qū)域，引起尾管的振動，回轉(zhuǎn)部分的擺動等。過流造成的振動，現(xiàn)在，為了降低電力成本，即使是長尾水管的水電站往往省略激增。對于這種類型的水電站，流動現(xiàn)象成為一個問題。當(dāng)機組甩負(fù)荷到汽輪機迅速停止時，由于導(dǎo)軌的快速關(guān)閉，導(dǎo)流管會有很大的壓降，當(dāng)壓力下降時，如果飽和蒸汽壓水，則會使氣泡形成和分離。這就是所謂的流動現(xiàn)象。分離后的水重新結(jié)合，它會產(chǎn)生巨大的壓力，伴隨著巨大的噪音，使渦輪振動。水電站在導(dǎo)葉封閉油路中設(shè)有分段關(guān)閉閥，導(dǎo)葉關(guān)閉速度延遲等現(xiàn)象。

二、水輪機發(fā)電機振動問題處理策略

針對水輪發(fā)電機振動的不同原因，提出了相應(yīng)的解決措施。一個是在這個地區(qū)的液壓振動的因素，相關(guān)水電站可分段關(guān)閉導(dǎo)葉的閉路閥門的安裝，使導(dǎo)葉關(guān)閉速度可以有效地減緩，并造成流振動問題的去除是可以解決的。由于該機組振動原因是凸輪曲線的主要單位是不好的，因此，解決振動控制單元的問題，操作人員也可以更換刀片的單元操作模式為手動操作，結(jié)合接觸刀片和人工方式降低振動。二是解決轉(zhuǎn)子的不平衡問題，通過檢查和處理轉(zhuǎn)子的平衡力來解決這個問題。首先，在考試中，可以通過單元操作來完成；其次，在處理問題方面，它可以重新測試重量，讓轉(zhuǎn)子軸的中心，以確保雙方的重疊，這樣通過軸與轉(zhuǎn)子的中心，保證了靜態(tài)平衡。對于軸是否與轉(zhuǎn)子中心重合，有必要測量轉(zhuǎn)子的圓度，以便得到相應(yīng)的判斷。假設(shè)軸與轉(zhuǎn)子中心之間存在微小偏差，且偏差在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi)，不需要再采取磁軛形式。三是電磁振動一方面的因素，可以啟動汽輪發(fā)電機試驗，從而有效地消除電磁振動的可能性，并在不同的情況下，找到最佳的組合關(guān)系，得出對水輪機的綜合特性曲線，在運行過程中，隨著數(shù)字科技的幫助。調(diào)速器繪制良好的曲線輸入到電液，重新開機測試。確定定子的振動可以聽到由定子轉(zhuǎn)動的聲音，可以判斷定子鐵芯是否壓緊，判斷轉(zhuǎn)子的振動，這是比較困難的。由于氣隙測量不方便，一般的工作人員只有用肉眼感覺要繼續(xù)安裝，但往往結(jié)果幾乎差很多。因此，振動的發(fā)生，一般會因轉(zhuǎn)子的后果而忽略，其結(jié)果是浪費人力資源和浪費物理。軸的軌道是在給定速度下相對于軸承座的軸心軌跡。通過觀察軌道的形狀可以分辨出軸處于正態(tài)，因為正常狀態(tài)下，軌道接近圓的汽輪發(fā)電機振動解項問題，由于汽輪發(fā)電機的振動是不同的，適當(dāng)?shù)拇胧┦顷P(guān)鍵。轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的問題經(jīng)常發(fā)生，在檢查時可以通過單元操作實現(xiàn)，可以測試重量，使轉(zhuǎn)子軸的中心可以保證相對穩(wěn)定的符合軸范圍允許轉(zhuǎn)子中心如果合格。

結(jié)束語：

近年來隨著水輪發(fā)電機組的振動問題，讓我們更注重設(shè)計，安裝，同時我們也為水電機組振動嚴(yán)重時分析檢查發(fā)電機的運行狀態(tài)，只有找到徹底解決問題的原因，在維修過程中我們必須嚴(yán)格依據(jù)發(fā)電機的精密測量和安裝，同時也要保證了平衡軸的質(zhì)量，從而避免離心力的影響，才能保證正常安全的工作。

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