浅谈水轮发电机组的摆度和振动

浅谈水轮发电机组的摆度和振动

[摘要] 本文从多方面分析了水轮发电机组产生振动和摆度的原因，对提高水轮发电机组的检修质量、实现机组的安全运行及延长机组的使用寿命有着重要的意义。

[关键词] 水轮发电机组振动摆度原因分析

1、前言

水轮发电机组在运行中，由于受到机械、水力、电气和气蚀等各方面因素的影响，产生一定量的摆度和振动是不可避免的。摆度和振动的参量是反映水轮发电机组运行状态的重要参数，同时，异常的摆度和振动也是影响机组寿命的重要原因之一。因此，对水轮发电机组在运行中出现异常的摆度和振动进行研究和处理有着重要的意义。

2、水轮发电机组产生振动的原因及其对策

2.1、机械因素

机械方面引起机组振动的因素分析：

2.1.1设计、制造加工过程中存在的问题

例如设计过程中机组整体支撑结构的刚度偏小、制造加工过程中主轴的加工精度、整个转动部份动平衡校核失准等，这些问题的存在都会直接造成机组在运行过程中出现振动与摆度偏大的现象。

2.1.2安装、运行过程中容易出现的问题

1）安装检修过程中，发电机轴与水轮机轴的联接质量、各部导轴承间隙的调整与安装质量、轴线的对中质量等都是影响机组运行中摆度大小的关键因素。

2）在安装检修过程中，由推力头套入大轴的情况引起的摆度和振动。如：

（1）推力头中心线与大轴中心线重合，但绝缘垫厚薄不一，从而将轴线垫歪，造成摆度增大。

（2）绝缘垫厚薄一致，但推力头中心线与轴心线不重合，而是倾斜一个角度。新机组导致套歪的原因是轴与孔加工时残留的椭圆度、不柱度、平面对中心的不垂直度等一些随机因素造成。老机组推力头多次拨出与套入，使配合磨损、轴与孔拉毛等一些不确定因素是导致套歪的主要原因，套歪后将产生摆动。

（3）绝缘垫厚薄不一，推力头中心与大轴中心交叉，即垫歪或套歪，最不利的情况是垫歪或套歪发生在同一轴截面，并歪向同一方向的情况。而当垫歪或套歪发生在同一轴截面，并各自歪斜方向正巧相反时使轴线摆度得到最大折减。当垫歪与套歪方向不在同一截面内，两者复合作用产生的摆度，将是各自作用产生摆度的矢量值几何相加的结果。

（4）新机组假设绝缘垫厚薄一致，如果发电机轴套入推力头后盘车产生的摆度。那么，就只有套歪这唯一原因，套歪是无法拨正的，但我们可以改变绝缘垫的厚薄把轴线调整。

2.2.3、运行中发生的参量变化导致摆度与振动增大

机组转动部份经过一段时间的运行，其各部轴承及轴颈表面必然会受到一定的磨损，使原先的调整参量发生变化从而导致机组摆度的增大。

某电站一台立式机组在运行过程突然出现上导轴颈与油箱盖内环一侧发生刮擦，发出异响且刮擦处伴有轻微火花，上导轴颈处实测摆度为0.8mm，较正常运行时数据明显增加，水导实测摆度也稍有增大现象。技术人员综合现场各种情况分析后，对上导轴瓦进行了抱轴实测，发现+X、-Y方向两只调整螺栓的锁紧螺帽松了，重新调整后，机组运行恢复正常。

2.2水力因素

水轮发电机转轮承受着水流巨大的动能，而水力不平衡时，流入转轮的水流失去轴对称，出现水力不平衡的横向力，于是造成转轮振动。水流失去轴对称的主要原因是过流通道不对称造成的，如蜗壳形状不正确；安装时倾斜；导叶开度不均衡，引起转轮压力分布不均衡；转轮密封分布不均匀，动环与定环之间存在偏心；在流道中塞有块石、木屑等物；转轮止漏环偏心等也会引起振动。再有气蚀引起的振动有上游水位较低，下游尾水管空腔气蚀或尾水管淹没深度不够，真空冲击较大，容易造成机组的损坏或早期磨损，并带有强烈的噪音，金属打击声，轰隆声或雷鸣声，严重时产生气蚀共振，引起强烈振动，影响机组的稳定运行。

2.3电气因素

电力系统的不稳定、甩负荷、负荷分配不均匀都会造成机组不允许的振动、摆度。开机并网时产生的非同期并列，引起的强烈冲击和振动对机组影响很大，此时应检查机组大轴法兰镙丝及定子绕组端部有无变形，检查机组的摆度和振动是否在允许范围，发电机定子、转子绝缘电阻是否良好。发电机转子磁极凹凸不平，转子失圆产生二次间隙，因而磁拉力不平衡，引起发电机组振动和摆度增大。如果转子质量不平衡在轴系运行时就会造成摆度上大下小的姿态运转。励磁回路二点接地时，也会引起机组的强烈振动。以上应查明原因并采取相应消除措施。

3、水轮发电机组摆度和振动的危害

振动和摆度是旋转机械不可避免的现象，若能将其振幅限制在允许范围内，就能确保机组的安全正常运行。但较大的摆度与振动对机组安全是不利的，会造成如下危害：

3.1使机组各连接部件松动，使各转动部件与静止部件之间的产生摩擦甚至扫膛而损坏。

3.2引起零部件或焊缝的疲劳，形成并扩大裂缝甚至断裂。

3.3尾水管低频压力脉动可使尾水管壁产生裂缝，当其频率与发电机或电力系统的自振频率接近时，将会发生共振，引起机组出力大幅度波动，可能会造成机组从电力系统中解列，甚至可能危及厂房及水工建筑物。

4、结语

水轮发电机的振动、摆度的发生都有一个量到质的变化过程，在运行过程中的机组更为明显。我们要做好机组运行与维护工作，就应熟悉机组的工作运行状态及原理，掌握机组的特性，平时要加强监视，定期做好检查和维护工作，把事故及故障隐患消灭在萌芽状态，不留死角，这样就能有效地防止机组摆度和振动的增大带来的危害，确保水轮发电机组的安全、经济、稳定运行。

参考文献：

[1] 李延频，李明堂，任岩，尚华，顾波，水轮发电机组振动分析及处理[J]水力发电，2008（6）

[2] 黄长征，水轮发电机组盘车问答1987（6）

[3] 徐刚，吴华锋，乔宏国，采用动平衡试验方法解决巨型机组运行部稳定问题[J]水电站机电技术2008（1）

陈红专（1957-），男，技师，主要从事水电站运行管理及设备维护工作。