浅析水轮机发电机振动的原因与处理对策

浅析水轮机发电机振动的原因与处理对策

水轮机发电机的振动问题主要是由于该设备在设计和安装过程所存在的缺陷造成的，而振动问题如果没有得到有效的解决，不仅会使机组的寿命大大缩减，而且也会对整个机组的安全运行造成巨大的威胁。因此，文章将在简要分析水轮机发电机的振动问题及其成因的基础上，进一步探讨处理该机器振动问题的有效策略。

标签：水轮机发电机；振动；问题；原因；策略

前言

关于水轮机发电机的安装、试运行以及机组的检查和修理这三个方面的工作，其最重要的动态评价指标便是水轮机发电机以及机轴的振动和摆动情况。这也是目前在水电站设计以及维护工作中备受关注和亟待研究的一个重大课题。因此，要使机组的使用寿命能够延长以及确保机组运行可靠性得到提高，则必须要对机组振动、摆动的情况作出分析并找出成因，从而进一步探讨处理机组振动、摆动问题的有效措施。

1 水轮机发电机振动问题分析

通过对各个水电站的观察和分析可得，水电站中水轮机和发电机机组在进行投产发电之后，水轮机发电机经过一段运行时间后，往往会出现机组的振动加大的情况，因此在紧急的时候还必须要对其采取降低负荷的方式，确保其正常运行。而机组在运行的过程中，上机架的振动幅度会随着机组上导摆度的变大而增大，而这一情况会对机组的安全运行造成严重的危害。首先，当机组的振动过于激烈时，会使得整个调速系统的相关接头部分出现松动的情况，严重者甚至会发生脱落的现象，从而阻碍了机组的正常运行。其次，由于机组振动使得高速转动部分会在机组运行过程中产生严重的磨损，当温度上升到一定高度时，极有可能导致轴承被烧毁。再者，由于机组的振动会造成机组各个部位中连接紧固的部位会出现松动的状况，从而使得整个固件本身产生严重的断裂，并通过恶性循环的作用，使得其他连接部分的振动也在不断加剧。最后，无论是机组的振动还是摆度过大，都会形成相应的焊缝以及零部件金属的疲劳破坏区，并且这一区域还会呈现不断扩大的状态，从而使得机组的使用寿命大大缩减了。

2 水轮机发电机振动原因

在水电站的运行过程中，造成水轮机发电机机组产生振动的原因大概可以分为三个部分：一是来自水力部分的振动；二是来自机械部分的振动；三是来自电磁部分的振动。

2.1 水力振动

水力振动中主要是由于部分干扰力所造成的。而干扰力的最主要来源是水轮机中产生的水力部分所存在的动水压力。来自水力振动方面的因素有很多：一是尾水管力的深水里出现了脱流、气蚀以及不稳定的状况；二是水力的不平衡状况。首先是脱流所造成的振动，为了使电厂造价降低，大部分水电站的建设过程中往往会直接省去调压井的建设，在这种情况下，脱流就成了此类水电厂水轮机发电机振动的主要源头。所谓脱流，即当机组为了甩掉负荷而紧急停机时，由于活动的导叶被快速关闭了，使得大幅度的压力降在水轮机的尾水管里，如果此时再把静压降到比水饱和真空气压还低的压力状态，尾水管里面的水马上就会形成气泡并进入分离的状态。而这些水在分离之后还会重新结合起来，从而产生相应的压力，最终引发水轮机的振动。其次是由气蚀所造成的振动，在导叶的流入角低于水流的流入角大约3度的时候，往往会形成一个区域，该区域就会产生剧烈的振动，从而导致转动部分以及尾水管部分都发生了振动。再者是关于水力不平衡造成的振动，边界旋转流水会在尾水管的中心附近产生，导致尾水管的出口水的水压被降低，并且在旋转流水中心还会因为低压的出现从而造成了空腔的形成，最终导致了整个厂房和机组都产生振动现象。

2.2 机械振动

机械振动主要是由机械部分各种力、摩擦以及惯性力所产生的干扰力而引起的。而导致机械振动产生的因素也有很多：或者是导轴承存在缺陷，或者是机组的轴线不正，又或者是转子的质量出现不平衡的现象等等。首先，关于导轴承方面存在的缺陷，主要是导轴承的刚性不足以及松动情况的出现，此外，导轴承的缝隙太大而不具备良好的润滑效果并且在运行过程中也很不稳定，这些缺陷使得导轴承在运行过程中会发生干摩擦的状况，造成了横向振动力的产生，从而使得整个机组都产生了振动。其次，机组轴线的不正导致了转轮的几何中心大大偏离于旋转中心，从而导致离心的惯性力不断增大，并在水动力和压力的影响和作用下，使得推力轴承的地方产生了大幅度的摆动。再者，转子质量的不平衡也是机组产生振动的一个重要原因，转子的中心会在轴上形成偏心矩，从而使得机组发生了剧烈的振动。

2.3 电磁振动

这部分的干扰力主要是由发电机在电磁这一部分所产生的电磁力而形成的。而干扰力通过磁拉力的作用最终引起了电磁的振动。而关于这方面的振动因素，主要是转子的安装尺寸以及电磁磁极的方向和形状的不同，使得出现在磁极中的拉力也存在差异，最终成为电磁振动的因素之一。

3 水轮机发电机振动问题处理策略

针对水轮机发电机振动成因的不同而采取相应的处理措施。一是针对水力振动这方面的因素，相关水电站可以在导叶的关闭油路中进行分段关闭阀的安装，从而让导叶关闭的速度能够有效地延缓下来，并使脱流所造成的机组振动问题得以解决。由于水轮机发电机振动最主要的原因是该机组的协联曲线没做好，因此，要解决机组振动问题，运行人员还可以用手动的运行方式来替换机组的调速桨叶

的运行，通过联桨叶与手动的方式的结合来减少机组振动。二是针对机械振动这方面的因素，对于转子质量的不平衡这一问题，可通过检查和处理转子的平衡力来解决该问题。首先，在检查方面，可通过机组的运转来完成的；其次，在问题处理方面，可重新进行试验配重，并让转子中心和轴线能够保证双方的重合，通过这样使得轴线也能重合于转子的中心，最终使得静平衡得到了保障。而关于轴线是否与转子的中心重合这一问题，需要对转子圆度进行测量才能得出相应的判断。假设轴线与转子中心存在很小的偏差，并且该偏差是处于标准允许范围之内的话，就不需要重新采取打磁轭键的方式。三是针对电磁振动这一方面的因素，可以对水轮机发电机进行开机实验，从而对电磁振动的可能性进行有效排除，并在不同情况下寻找机组最优协联关系以及对水轮机在运转过程中的综特性曲线进行重新的绘制，并借助数字化科学技术，把绘制好的曲线输入到电液的调速器当中，重新进行开机试验。

4 结束语

总的来说，水轮机发电机的振动问题对于整个机组的安全运行造成很大的阻碍，因此通过从水力振动、机械振动和电磁振动三个方面因素来分析水轮机发电机振动的成因，并采取相关的处理措施，最终使得发电厂实现更安全的运行。

参考文献

[1]何杰.水轮发电机组轴电流的产生与防治[J].黑龙江科技信息，2008（5）.

[2]任光辉.水轮机发电机振动问题分析和处理[J].中国新技术新产品，2011（7）.