水轮机机组振动分析

浅析灯泡贯流式水轮机机组振动分析

水轮机运行过程中振动过大会影响其正常工作，轻则运行不稳定，重则引起机组和厂房的损坏。归纳起来，其带来的危害有以下几个方面：引起机组零部件金属和焊缝中疲劳破坏区的形成和扩大，从而使之发生裂纹，甚至断裂损坏而报废；使机组各部位紧密连接部件松动，不仅会导致这些紧固件本身的断裂，而且会加剧被其连接部分的振动，促使它们迅速损坏；加速机组转动部分的相互磨损；尾水管中的水流脉动压力可使尾水管壁产生裂缝，严重的可使整块钢板剥落；共振所引起的后果更严重，如机组设备和厂房的共振可使整个设备和厂房毁坏。因此查清水轮机振动的原因，针对不同情况，采取不同的减振措施，对提高机组运行的可靠性和延长其寿命具有重要意义。

1.引起振动的原因

运行实践表明，水轮机振动是由机械和水力两方面的因素引起的。

（1）机械方面的因素有：由于主轴弯曲或挠曲，推力轴承调整不良，轴承间隙过大，主轴法兰连接不紧和机组对中心不准引起空载低转速时的振动；转轮等旋件与静止件相碰而引起振动加剧并伴有声响；由于转动部分重量不平衡引起的振动，随速度上升振动增大而与负荷无关，这是一种常见的现象。

（2）水力方面的因素：一是尾水管中水流涡带所引起的压力脉动诱发的水轮机振动。混流式水轮机在偏离最优工况运行时，尾水管中将出现涡带，由此引起水轮机振动，并伴有响声，常发生在30%～60%额定负荷范围内。强烈的涡带还可能引起厂房振动。若由涡带引起的尾水管中的低频压力脉动频率与引水管固有频率接近，则可能引起引水管强烈振动。如果压力脉动频率和水轮机的机频接近，则可能引起功率摆动。二是卡门涡列引起的振动。当水流流经非流线型障碍物时，在其后面尾流中分裂出一系列变态漩涡，即卡门涡列。这种涡列交替地作顺时针或反时针方向旋转。在其不断形成与消失过程中，会在垂直于主流方向引起交变的振动力。当卡门涡列的频率与叶片固有频率接近时，叶片动应力急剧增大，有时发出响声，甚至使叶片根部振裂。三是转轮止漏间隙不均匀引起的振动。为了

减少高水头水轮机转轮的容积损失，通常采用梳齿形止漏装置。但当结构不合理或间隙过小时，即使主轴很小的偏心或止漏环少量的几何形状误差（如椭圆度、不均匀磨损等），都会引起间隙内压力的变化和波动。间隙大处其流速较小而压力较大，间隙小处则相反。因而造成间隙内的压力不均匀分布和侧向水推力，引起转轮偏心变大和振动。四是冲击式水轮机尾水上涨引起的振动。正常时，冲击式水轮机的尾水位与转轮必须保持一定距离，尾水应无压流动。如果尾水渠壅水回溅到水斗上，扰乱水头与射流的正常流程，也会引起机组效率下降和振动。此外，运行时处于转轮附近的空气，会被高速射流带走并从尾水渠中排出，机壳上的补气孔太小或冒水就有可能使尾水位抬高甚至淹没转轮，使尾水形成有压流动，不仅产生强烈振动，而且危及机组安全。

2.消除振动的主要措施

由机械原因引起的振动，只要查清振动原因，采取相应的措施，如通过动平衡，调整轴线或调整轴瓦间隙等，就能消除。

对水力因素引起的振动可视情况不同具体处理。对于尾水管中水流涡带引起的水轮机振动，常在转轮出口附近的尾水管上部装十字架补气装置，或轴心补气。另外，也可采取加长泄水锥或加同轴扩散形内层水管段的办法。对于转轮止漏间隙不均匀引起的振动，应适当增大外止漏环间隙，可使转轮偏心运动对转轮背压和止漏间隙中压力的影响明显减弱，从而减小振动。

总之，引起水轮机振动增大的原因很多，也可能是几种因素同时作用造成的，在未找到确切原因前，应避开在振动区运行。