水輪發(fā)電機(jī)組軸承振動(dòng)原因淺析

馮云鵬

摘要：水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組在工作中振動(dòng)不僅會(huì)對某些部件造成彈性形變或塑性形變，從而使部件出現(xiàn)裂紋、斷裂等現(xiàn)象，還會(huì)造成發(fā)電機(jī)組部件之間的連接部件出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象，縮短各部件的使用壽命，因此為了有效提高發(fā)電機(jī)機(jī)組的工作效率和各部件的使用年限，相關(guān)工作人員需要不斷改進(jìn)發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)問題的處理方法。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組；軸承振動(dòng)原因；策略

中圖分類號(hào)：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

水輪發(fā)電機(jī)的振動(dòng)和其他機(jī)械的振動(dòng)在一定方面上是有不同之處的，而它們的相同之處都是利用本身的機(jī)器轉(zhuǎn)動(dòng)去引起振動(dòng)，而且在水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的時(shí)候需要考慮水輪過水流動(dòng)的各個(gè)部分流動(dòng)壓力和各個(gè)部件的影響，機(jī)組是靠機(jī)械、電磁、流體三部分相互作用力的影響下進(jìn)行正常的運(yùn)動(dòng)，比如：水流引起機(jī)組的振動(dòng)的時(shí)候，發(fā)電機(jī)組的定子和轉(zhuǎn)子之間會(huì)出現(xiàn)縫隙大等問題，這會(huì)導(dǎo)致定子之間和轉(zhuǎn)子之間的空隙擴(kuò)大導(dǎo)致機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的不平衡，如果轉(zhuǎn)動(dòng)部分之間發(fā)生變化，那么發(fā)電機(jī)的磁場和水流流場都會(huì)受到影響，最后使水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)時(shí)出現(xiàn)一系列的問題，所以說水流流體、電氣和機(jī)械是導(dǎo)致水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的問題所在，如果只在這三者的關(guān)系上去研究水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)是不夠的，我們最好從機(jī)械、電氣和水力這三大方面進(jìn)行探討研究，并和管理、檢修人員進(jìn)行討論，最后能夠找出方法去解決它。

1水電站水輪發(fā)電機(jī)組軸承振動(dòng)的原因

1.1轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸心和重心產(chǎn)生偏心距，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)的時(shí)候，轉(zhuǎn)子質(zhì)量會(huì)偏離重心，主軸會(huì)彎曲變形，主軸的變形量和振動(dòng)的幅度有很大的關(guān)聯(lián)且成正比例關(guān)系，在制造之前要對轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡等試驗(yàn)，這樣可以保證轉(zhuǎn)子重量平衡，也可以消除振動(dòng)的問題。

1.2軸線不正

軸線不正會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)時(shí)的弓形旋轉(zhuǎn)、增大離心慣性力兩個(gè)問題，其中弓形旋轉(zhuǎn)主要是指轉(zhuǎn)輪幾何中心和轉(zhuǎn)子偏離旋轉(zhuǎn)中心，會(huì)讓振動(dòng)的方向向著縱向或者橫向的方向發(fā)展，這對導(dǎo)軸承和推力軸承有很大的影響作用，這兩個(gè)因素都會(huì)使振動(dòng)的幅度增大，在水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的時(shí)候會(huì)出現(xiàn)導(dǎo)軸承的間隙特別大、使用壽命比較長等情況。另一種情況是推力軸承處會(huì)發(fā)生擺正等現(xiàn)象，為了防止這些情況對水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的影響，在安裝時(shí)我們一定要對軸線進(jìn)行檢查并調(diào)整各軸承之間的間隙。

1.3導(dǎo)軸承缺陷

在運(yùn)行的過程中導(dǎo)軸承出現(xiàn)不平穩(wěn)等不良狀況時(shí)，會(huì)讓弓狀出現(xiàn)橫向振動(dòng)，使導(dǎo)軸承出現(xiàn)摩擦等癥狀，會(huì)使導(dǎo)軸承間隙過大、轉(zhuǎn)軸振動(dòng)過大，所以我們必須調(diào)整導(dǎo)軸的間隙，這樣才會(huì)讓支座的振動(dòng)和轉(zhuǎn)軸之間能夠在規(guī)定的范圍內(nèi)振動(dòng)。

1.4水力振動(dòng)

（1）水力不平衡。水輪的振動(dòng)是因?yàn)樗魇テ胶舛斐傻模@主要是因?yàn)檫^流通道兩邊不對稱，比如：渦殼的形狀沒有達(dá)到所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，那么導(dǎo)葉就不會(huì)均勻擴(kuò)張，會(huì)導(dǎo)致輪船兩邊的壓力不勻、在流道中有不明物質(zhì)等問題。

（2） 尾水管中水力不穩(wěn)定、不平衡。由于尾水管中的水壓周期性不穩(wěn)定導(dǎo)致尾水管的水力不穩(wěn)定，壓力脈動(dòng)會(huì)使機(jī)組振動(dòng)，同時(shí)會(huì)對尾水管造成威脅，如果圓周分量的旋流的分量達(dá)到一定的值時(shí)，會(huì)使尾水管發(fā)生周期性的變化、會(huì)引起管壁的振動(dòng)、會(huì)影響水輪機(jī)組的正常運(yùn)行。

（3） 渦列。當(dāng)水流直接從流口流出時(shí)，會(huì)在流口周圍發(fā)生渦列，讓對葉相互攻擊，在水頭和開度時(shí)會(huì)發(fā)生渦列的振動(dòng)，會(huì)使輪周圍產(chǎn)生裂紋，所以在水力方面都會(huì)存在一個(gè)振動(dòng)區(qū)，為了讓機(jī)組正常運(yùn)行，我們一定要及時(shí)找出方法去解決它。

2水電站水輪發(fā)電機(jī)組軸承振動(dòng)的處理途徑

2.1采用避震運(yùn)行措施

為了有效避免出現(xiàn)發(fā)電機(jī)組振動(dòng)，在安裝發(fā)電機(jī)組時(shí)需要盡量避開各臺(tái)機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)和空蝕范圍，以壩卡河電站為例，具體措施為以下幾點(diǎn)：首先，由于一級電站主要將灌溉與發(fā)電相結(jié)合，因此其特點(diǎn)為水頭和流量變幅比較大，最高水頭能夠達(dá)到（417 米），而最低水頭為 12m，電站設(shè)計(jì)流量為 2.5m 3 /s，水渠道全長 5km，內(nèi)管直徑為 0.774～0.85m。其中水輪機(jī)單機(jī)出力為 3400kW，型號(hào)CJ461-W115/1×13 沖擊式水輪組，其中發(fā)電機(jī)單機(jī)出力為 3200kW。沖擊式機(jī)組具有水頭高、壓力大一級用水量少的特點(diǎn)，在灌溉過程中會(huì)出現(xiàn)高水頭，在此過程中工作人員需要以減小汽蝕和降低振動(dòng)為主；其次，由于水輪機(jī)噴針開度達(dá)到一定程度后，射水線的不均勻與偏移，從而造成機(jī)組振動(dòng)。

2.2加強(qiáng)對軸承進(jìn)行維護(hù)

推力軸承存在缺陷也是造成水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)的主要因素，當(dāng)機(jī)組中的推力頭與軸之間存在配合不嚴(yán)密，或者由于卡環(huán)不均勻而引起壓縮墊出現(xiàn)破壞等，都會(huì)引起機(jī)組軸發(fā)生變化，造成運(yùn)行中的大軸出現(xiàn)不穩(wěn)定狀態(tài)，同時(shí)導(dǎo)軸瓦間隙不均勻、軸承潤滑和冷卻不良以及軸承與固定止漏環(huán)安裝出現(xiàn)不同心等現(xiàn)象也會(huì)增加機(jī)組的橫向振動(dòng)。為了有效降低機(jī)組發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)，相關(guān)維護(hù)人員需要加強(qiáng)對以上部件進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并做好維修工作，對此需要做到以下幾點(diǎn)：第一，定期檢查水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組軸線對正情況，同時(shí)將主軸旋轉(zhuǎn)中心線調(diào)至機(jī)組中心線上，如果在檢查中發(fā)現(xiàn)軸線與機(jī)組中心線出現(xiàn)偏差較大時(shí)，則會(huì)對機(jī)組的安全與穩(wěn)定造成影響，因此維護(hù)人員需要及時(shí)進(jìn)行檢查和維護(hù)；第二，維護(hù)人員在調(diào)整推力瓦受力過程中，需要將轉(zhuǎn)輪位于轉(zhuǎn)輪室中心，同時(shí)保證各推力瓦受力均勻，從而有效提高發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性；第三，維護(hù)人員在調(diào)整軸承間隙值過程中，需要保證電機(jī)軸、導(dǎo)軸承軸頸、集電環(huán)等符合要求，并在檢修過程中需要按時(shí)進(jìn)行軸承檢測，若出現(xiàn)異常現(xiàn)象則需要及時(shí)進(jìn)行有效處理，避免因?yàn)橥屏S、導(dǎo)軸承等存在缺陷而造成機(jī)組振動(dòng)增加，影響發(fā)電機(jī)機(jī)組正常運(yùn)行。

2.3增強(qiáng)導(dǎo)軸承的支撐強(qiáng)度

通過這種方法，解決導(dǎo)軸在設(shè)計(jì)過程中強(qiáng)度方面的缺陷因素。在當(dāng)前的導(dǎo)軸設(shè)計(jì)當(dāng)中，通常表現(xiàn)在強(qiáng)度方面。強(qiáng)度設(shè)計(jì)較差，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)的狀況時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致軸承松動(dòng)以及間隙增大的狀況。處理這種問題，可適當(dāng)?shù)脑黾觾煞N鋼材之間的溝槽，進(jìn)而增加焊接的深度，為可靠性提供保障。

2.4注意對過流部件的維修

以沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組為例，水力發(fā)電機(jī)機(jī)組在工作中，水流通過壓力管噴嘴的射流作用，最終激發(fā)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。在此過程中維護(hù)人員需要對噴針開度、出水流量等進(jìn)行檢查，避免轉(zhuǎn)輪因?yàn)樯渌€偏移失去軸對稱而產(chǎn)生橫向力，造成轉(zhuǎn)輪振動(dòng)。同時(shí)維護(hù)人員還需要加強(qiáng)對噴針、噴嘴以及轉(zhuǎn)輪等進(jìn)行檢查，避免當(dāng)水流的射流線偏移造成巨大的軸向串動(dòng)，從而引起振動(dòng)，引起水輪機(jī)出現(xiàn)疲勞或斷裂。除此之外，還需要對水流通過水輪機(jī)時(shí)的間隙射流等進(jìn)行控制，維修人員還需要加強(qiáng)對發(fā)電機(jī)組各部件之間的檢查工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在的問題，并進(jìn)行處理，將問題消滅與萌芽之中。與此同時(shí)，水電站還需要定期組織設(shè)備維修人員進(jìn)行維修和檢查工作學(xué)習(xí)，以此提高自身專業(yè)素質(zhì)，在遇見一些問題時(shí)能夠及時(shí)作出正確的處理，有效降低水電站因?yàn)樵O(shè)備問題而造成的損失，在培訓(xùn)和學(xué)習(xí)過程中要重點(diǎn)學(xué)習(xí)水電站水輪機(jī)組振動(dòng)問題的分析和處理，從而降低機(jī)組振動(dòng)對水電站發(fā)電造成的影響。

結(jié)束語

綜上所述，為了有效降低水電站水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象，工作人員需要加強(qiáng)對各部件進(jìn)行定期檢修，保障其正常運(yùn)行。經(jīng)過對上文分析可得，在降低發(fā)電機(jī)組振動(dòng)中需要注重水輪機(jī)噴針開度設(shè)置、推力軸檢修以及噴針射水線和轉(zhuǎn)輪中心線的分布和表面粗糙度檢查降低氣蝕；因此水電站水輪機(jī)發(fā)電機(jī)機(jī)組振動(dòng)問題處理方法，能夠充分應(yīng)用到水電站維護(hù)中來。

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（作者單位：大唐觀音巖水電開發(fā)有限公司）