浅析水轮发电机组振动的原因及危害
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关键词 ： 水轮发电机 ； 动 ； 因； 害 振 原 危
中 图分 类号 ： Ｍ １ Ｔ ３２
笔者 曾参 加 了福 建 省棉 花滩 水 电站 ４台单机 容
量为 １ ０ Ｗ 的混 流式 水 轮 发 电机 组 为期 ３年 的安 ５Ｍ
１ ２ 水 力 因素 ．
１２ １ 水力 不平衡 ．．
装 调试 工作 ， 着 又多 次 负 责 了甘肃 省 大峡 水 电站 接 ４台单 机 容量 为 ７ ＭＷ 的轴 流 转桨式 水 轮发 电机 组 ５ 的大 、 检修 试验 工作 ， 小 目前正 从事 大峡水 电站 的运 行 工作 ， 因此 ， 对水 轮 发 电机 组 的振 动有 了较 多 的接 触 和更 深 的认 识 。
叶 片到 达 的瞬 间处 于低 压 ， 在 叶 片 离 去后 又 处 于 而
在转速下降时， 振动又下降。所 以一般大、 中型水轮
发 电机组 在设 计 时都要 保证 机 组 的临界转 速大 于 可 能 的最大 飞逸 转速 ２ ％ ， ０ 以避 免共 振 。
１ １２ 机 组 转子 的振摆 ．．
烧毁 ； 发电机转子振动过 大将增加滑环与电刷磨损
程度 ， 致使 电刷产 生 火 花并 不 断增 大 甚 至发 生 发 电 机着 火事故 。
的， 也不可能是一个简谐振动 ， 而是 由一些简单振动 合成的复杂振动。只有把复杂振动分解成一些简谐 振动 ， 再分析各简谐振动产生的原因， 方可找出产生 复杂振动的主要原 因和各种次要原 因。分清 了主 次， 也就可以比较完善地解决振动问题。 当不 能 直接 找 出振 动 的原 因时 ， 采 用逐 次淘 可 汰法进行试 验 。其 步骤 如下 ： １ 首先使导叶关 闭 ， ） 机组转 为调相运行 ， 如果 这时振动值减小很多 ， 则干扰力源主要就是水轮机 的水 力部分 ； 如果振 动值 没有 什么 变化 ， 干扰 力源 则
当转 桨 式 水 轮机 中协联 关 系 不 正确 时 ， 方 面 一
推力轴承产生不均衡变形 ， 在轴旋转时 ， 就发生转子 的振摆 。而导轴 承 有 一 定 间 隙 ， 轴 就在 这 范 围 内 转
振摆 ， 子也 就 随 之 产 生振 摆 。特别 是 当大 轴 中心 转
会引起调速系统持续振荡 过程 ， 出力 、 转速 发生振 荡， 转动部分扭矩就会产生波动 ， 从而使转子产生扭 转振动； 另一方面 ， 由于水 流情况恶化 ， 在水轮机顶 盖上和发电机承重机架上会 引起纵 向振动。
的不稳定 ， 就成 了机组安装 、 运行 和检修 中突出要解 决 的问题 之一。水 轮发 电机的振 动是 一种 非常有 害的现象 ， 它 严重地威胁 着机 组的供电质量 、 机组 的使用 寿命 和安全经济运行 。但 这种振 动又 是不 可避免 的 ， 故我们 只能在 一定 的技术 条件 下将 振动尽 可能减小 ， 使振动 值限制在 允许 的范 围内。
１ １ １ 转 子 的 弓状 回 旋 和 共 振 ． ．
当转子 失衡 时 ， 于离心 力 的作用 ， 由 将使 转子 产
生所谓的“ 弓状 回旋 ” 。当转动角速度很小 时挠度
也小 ； 随着 转动 角速 度 的升 高 ， 度 也 相应 增 大 ， 挠 当 角 速度 接近 临 界 转 速 时 ， 度 剧 烈增 大 产 生 共 振 。 挠
１３ 振 动 的 电磁 因素 ．
找正不正确 、 轴线有折弯或导轴承中心与转子不 同
心时转子振摆尤为严重。
１ １３ 转轴 抖动 ．．
引起 振动 的电磁 方 面原 因主要 是转 子绕 组短 路
在运行 中， 由于导轴承间隙过大而润滑又不足 引起使 机 组 发 生 干 磨 擦 情 况 ， 是 所 谓 转 轴 “ 就 抖
在 轴 流 式 水轮 机 中 ， 由于转 轮 叶 片 的工 作 面 和 背 面存 在着 压力 差 ， 轮 叶外 缘 和转 轮 室 壁 之 间 的 在 狭 窄缝 隙 中 ， 成一 股 射 流 ， 速 度 很 高 ， 压力 非 形 其 而 常 低 。在转 轮旋 转过 程 中 ， 轮 室 壁 的某 一 部 分 在 转
动 ” 。
Fra Baidu bibliotek
及空气间隙不均匀引起振动 。这些原 因的直接后果 是 造成 磁路 不对 称 ， 而造 成磁 拉力 的不 平衡 ， 从 引起
转 子振 动 。
６ ６
甘
肃
科
技
第２ ６卷
摆动可使大轴与轴瓦摩擦加剧温度升高， 导致轴瓦
２ 分析方法
机 组 振 动 不 可 能 仅 仅 是 由于 单 一 的原 因 引起
一
如果 在转 轮范 围 内 ， 水流失 去 轴对 称 ， 就会产 生 个 不平衡 的 横 向力 作用 在转 轮上 。经 常遇 到的就 是 过 流轮廓 不对 称 ， 它会 引起 水 流 失 去轴 对 称 。例 如： 由于转 轮加工 质量 不好 、 片开 口和 导水 叶开度 叶
不一致 ； 或因为蜗壳设计、 安装不好 ， 造成蜗壳来流
第２ ６卷 第 ７期 ２１ ０ ０年 ４月
甘肃 科 技
Ｇ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ
ｌ ２６ Ｎｏ ７ ｆ ． ．
却 ２ １ ００
浅 析 水 轮 发 电机 组 振 动 的原 因及 危 害
刘 华康
（ 甘肃小三峡发 电有限公司 ， 甘肃 兰州 ７ ０ ５ ） ３ ０ ０ 摘 要： 解决水轮发 电机组 的振动问题 ， 即保证 工作 稳定 性是水 轮发 电机组工 作性能 中的重要 指标 ， 克服 机组运行
不对 称 ； 由于流 道 中有 杂物 堵塞 ， 或 引起 转 轮来流 不 对 称 ； 等 。 由于 这些 不对 称 产 生 的 不平 衡 的横 向 等 力 与 弓状 回旋 的方 向保 持 一致 ， 加剧 了 弓状 回旋 就
的振 动 。
１２ ２ 狭 缝 射 流 ．．
１ 原 因
１ １ 机械 因素 ．
高 压 。如此循 环 ， 成 了对 转 轮 室 壁 相应 部 位 周 期 形
性的压力波动 ， 从而产生振动 。
１ ２ ３ 非 最优 协联 关 系 ．．
转 子 的振 摆 主要 在 推 力 轴 承处 产 生 ， 其产 生 的 原 因是 机 组转 子总 轴 向力 不 通 过 推力 轴 承 中心 ， 使
中 图分 类号 ： Ｍ １ Ｔ ３２
笔者 曾参 加 了福 建 省棉 花滩 水 电站 ４台单机 容
量为 １ ０ Ｗ 的混 流式 水 轮 发 电机 组 为期 ３年 的安 ５Ｍ
１ ２ 水 力 因素 ．
１２ １ 水力 不平衡 ．．
装 调试 工作 ， 着 又多 次 负 责 了甘肃 省 大峡 水 电站 接 ４台单 机 容量 为 ７ ＭＷ 的轴 流 转桨式 水 轮发 电机 组 ５ 的大 、 检修 试验 工作 ， 小 目前正 从事 大峡水 电站 的运 行 工作 ， 因此 ， 对水 轮 发 电机 组 的振 动有 了较 多 的接 触 和更 深 的认 识 。
叶 片到 达 的瞬 间处 于低 压 ， 在 叶 片 离 去后 又 处 于 而
在转速下降时， 振动又下降。所 以一般大、 中型水轮
发 电机组 在设 计 时都要 保证 机 组 的临界转 速大 于 可 能 的最大 飞逸 转速 ２ ％ ， ０ 以避 免共 振 。
１ １２ 机 组 转子 的振摆 ．．
烧毁 ； 发电机转子振动过 大将增加滑环与电刷磨损
程度 ， 致使 电刷产 生 火 花并 不 断增 大 甚 至发 生 发 电 机着 火事故 。
的， 也不可能是一个简谐振动 ， 而是 由一些简单振动 合成的复杂振动。只有把复杂振动分解成一些简谐 振动 ， 再分析各简谐振动产生的原因， 方可找出产生 复杂振动的主要原 因和各种次要原 因。分清 了主 次， 也就可以比较完善地解决振动问题。 当不 能 直接 找 出振 动 的原 因时 ， 采 用逐 次淘 可 汰法进行试 验 。其 步骤 如下 ： １ 首先使导叶关 闭 ， ） 机组转 为调相运行 ， 如果 这时振动值减小很多 ， 则干扰力源主要就是水轮机 的水 力部分 ； 如果振 动值 没有 什么 变化 ， 干扰 力源 则
当转 桨 式 水 轮机 中协联 关 系 不 正确 时 ， 方 面 一
推力轴承产生不均衡变形 ， 在轴旋转时 ， 就发生转子 的振摆 。而导轴 承 有 一 定 间 隙 ， 轴 就在 这 范 围 内 转
振摆 ， 子也 就 随 之 产 生振 摆 。特别 是 当大 轴 中心 转
会引起调速系统持续振荡 过程 ， 出力 、 转速 发生振 荡， 转动部分扭矩就会产生波动 ， 从而使转子产生扭 转振动； 另一方面 ， 由于水 流情况恶化 ， 在水轮机顶 盖上和发电机承重机架上会 引起纵 向振动。
的不稳定 ， 就成 了机组安装 、 运行 和检修 中突出要解 决 的问题 之一。水 轮发 电机的振 动是 一种 非常有 害的现象 ， 它 严重地威胁 着机 组的供电质量 、 机组 的使用 寿命 和安全经济运行 。但 这种振 动又 是不 可避免 的 ， 故我们 只能在 一定 的技术 条件 下将 振动尽 可能减小 ， 使振动 值限制在 允许 的范 围内。
１ １ １ 转 子 的 弓状 回 旋 和 共 振 ． ．
当转子 失衡 时 ， 于离心 力 的作用 ， 由 将使 转子 产
生所谓的“ 弓状 回旋 ” 。当转动角速度很小 时挠度
也小 ； 随着 转动 角速 度 的升 高 ， 度 也 相应 增 大 ， 挠 当 角 速度 接近 临 界 转 速 时 ， 度 剧 烈增 大 产 生 共 振 。 挠
１３ 振 动 的 电磁 因素 ．
找正不正确 、 轴线有折弯或导轴承中心与转子不 同
心时转子振摆尤为严重。
１ １３ 转轴 抖动 ．．
引起 振动 的电磁 方 面原 因主要 是转 子绕 组短 路
在运行 中， 由于导轴承间隙过大而润滑又不足 引起使 机 组 发 生 干 磨 擦 情 况 ， 是 所 谓 转 轴 “ 就 抖
在 轴 流 式 水轮 机 中 ， 由于转 轮 叶 片 的工 作 面 和 背 面存 在着 压力 差 ， 轮 叶外 缘 和转 轮 室 壁 之 间 的 在 狭 窄缝 隙 中 ， 成一 股 射 流 ， 速 度 很 高 ， 压力 非 形 其 而 常 低 。在转 轮旋 转过 程 中 ， 轮 室 壁 的某 一 部 分 在 转
动 ” 。
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及空气间隙不均匀引起振动 。这些原 因的直接后果 是 造成 磁路 不对 称 ， 而造 成磁 拉力 的不 平衡 ， 从 引起
转 子振 动 。
６ ６
甘
肃
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第２ ６卷
摆动可使大轴与轴瓦摩擦加剧温度升高， 导致轴瓦
２ 分析方法
机 组 振 动 不 可 能 仅 仅 是 由于 单 一 的原 因 引起
一
如果 在转 轮范 围 内 ， 水流失 去 轴对 称 ， 就会产 生 个 不平衡 的 横 向力 作用 在转 轮上 。经 常遇 到的就 是 过 流轮廓 不对 称 ， 它会 引起 水 流 失 去轴 对 称 。例 如： 由于转 轮加工 质量 不好 、 片开 口和 导水 叶开度 叶
不一致 ； 或因为蜗壳设计、 安装不好 ， 造成蜗壳来流
第２ ６卷 第 ７期 ２１ ０ ０年 ４月
甘肃 科 技
Ｇ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ ｃ ｎ ａ ｓ ｃｅ ｃ ｎ ｅ ｈ ｏ
ｌ ２６ Ｎｏ ７ ｆ ． ．
却 ２ １ ００
浅 析 水 轮 发 电机 组 振 动 的原 因及 危 害
刘 华康
（ 甘肃小三峡发 电有限公司 ， 甘肃 兰州 ７ ０ ５ ） ３ ０ ０ 摘 要： 解决水轮发 电机组 的振动问题 ， 即保证 工作 稳定 性是水 轮发 电机组工 作性能 中的重要 指标 ， 克服 机组运行
不对 称 ； 由于流 道 中有 杂物 堵塞 ， 或 引起 转 轮来流 不 对 称 ； 等 。 由于 这些 不对 称 产 生 的 不平 衡 的横 向 等 力 与 弓状 回旋 的方 向保 持 一致 ， 加剧 了 弓状 回旋 就
的振 动 。
１２ ２ 狭 缝 射 流 ．．
１ 原 因
１ １ 机械 因素 ．
高 压 。如此循 环 ， 成 了对 转 轮 室 壁 相应 部 位 周 期 形
性的压力波动 ， 从而产生振动 。
１ ２ ３ 非 最优 协联 关 系 ．．
转 子 的振 摆 主要 在 推 力 轴 承处 产 生 ， 其产 生 的 原 因是 机 组转 子总 轴 向力 不 通 过 推力 轴 承 中心 ， 使