水轮发电机组运行中的振动分析 吴会中

水轮发电机组运行中的振动分析吴会中

发表时间：2018-01-04T11:57:21.990Z 来源：《建筑学研究前沿》2017年第22期作者：吴会中

[导读] 导致水轮发电机组产生剧烈振动的主要原因包括水力因素、机械因素、电磁因素。

佛子岭水电站安徽六安 237272

摘要：水电站的核心组成部分是水轮发电机组。引起其振动因素很多，主要包括：机械因素、水力因素、电气因素，研究这三种因素的主要特征，分析水轮发电机组振动原因，确定振动位置，采取有效的解决措施切实地解决机组振动问题，使水轮发电机组运行的稳定性和可靠性得到提高，给整个水电站的经济效益和运行效益。本文就水轮发电机组运行中的振动进行简单的阐述。

关键词：水轮发电机组；运行；振动；分析

导致水轮发电机组产生剧烈振动的主要原因包括水力因素、机械因素、电磁因素。当遇到以上情况时，如果运行的时间较短，不会对机组产生太大的危害，但是如果运行时间较长，那么它将给水轮发电机组埋下巨大安全隐患，产生严重的后果，影响水轮发电机组的正常运行。所以，对水电站水轮发电机组的管理，必须定期检查和维护，找到振动的真正原因，然后采取针对性的措施，彻底解决。只有这样，水轮发电机组才能安全正常的运转。

1水轮发电机组振动原理

在机组运转的状态下，在水轮机作为其原动力的前提下，水能的作用能够直接有效激发水轮发电机组振动，还能够间接维持机组振动。流体、机械、电磁三者是相互影响相互作用的，由于气隙在不对称的状态下，由于发电机定子与转子之间的磁拉力不平衡的情况，当流体激起机组转动部分振动时会造成机组转动部分的振动，而发电机的磁场和水轮机的水流流场也会受到转动部分的运动状态的影响。2水轮发电机组振动的危害

振动对机组安全的危害在于：由于尾水管出现低频压力脉动，尾水管壁将出现裂缝，当发电机的自振频率与尾水管低频压力脉动的频率两者接近时，出现共振，机组此时会产生大幅度波动，以致于机组从电力系统中分解，严重地危害正在受益的建筑物。当机组各连接部件出现松动，部件之间出现摩擦的情况，将导致焊缝和零部件的过度疲劳、加大裂缝的深度甚至严重时将会断裂。

3水力因素导致的振动及解决对策

3.1水力因素导致振动的原因

①水力不平衡：具有动能和位能的水流是由蜗壳的作用而形成的环流，它是经过均匀分布的固定以及活动导叶片作用到旋转轮上，旋转轮被激活而旋转。因为加工、安装误差，导水叶叶片、流量通道的形状大小差异比较大的时候，作用旋转轮的水流在失去轴对称的情况下就会出现不平衡横向力，从而导致转轮振动，当无负载和低负荷运行的时候，振动比较强烈。

②尾管的低频率水压脉冲：水轮机在非设计工况条件下运行的时候，由于转轮受到出口处的脱流旋涡和旋转水流以及汽蚀等影响，在尾水管内常常会引起水压脉动，特别是在尾水管内出现大型涡带之后，涡带以近似固定的频率在管内转动，从而导致低频压力脉动。当水流在管道中流动时，压力脉动会激起尾管壁、转子、蜗壳、导水机构和压力管的剧烈振动。

③空腔汽蚀：水轮机有水流通过的时候，流速、流向受到流道的影响发生变化，在流速增加或脱流部位压力减少到汽化压力的时候，水流中会出现汽泡，气泡在进入高压区之后会溃灭，从而导致汽浊出现。空腔汽蚀是在流道中由于漩涡带引起负压、脱流而导致压力交变造成的。因空腔汽蚀造成机组的推力轴承和顶盖产生剧烈的垂直振动，相较于横向振动，垂直振动的危害更大。

④卡门涡列：围绕着物体的恒流通过时，在出口的两侧边缘出现了漩涡，形成了有规则交错排列、向相反方向旋转的旋涡，从而相互吸引、相互干扰，形成了非线形的涡列，通常被称为卡门涡列。当卡门涡列冲击频率和旋转物体叶片固有频率比较接近的时候，叶片的固有频率会产生共振，并带有强烈且频率单一的噪声以及金属共振的声音。

3.2解决对策

对于水力因素引起的强烈振动，可以采取下列措施处理：

①气浊和尾水管涡流引起机组的强烈振动，可以使用补气措施进行消振或是减振，也可以使用安装导流瓦和导流翼板等在尾水管入口处，可以减少和消除涡带引起的振动；

②对于卡门涡列造成的振动，可以采取改变叶片固有频率或卡门涡列频率的方法，也可以改型或削薄叶片出水边，也就是说，抵消、削弱正反双方侧面构成的交变漩涡，避免造成共振；

③对止漏间隙不当造成的振动的消除方法，可以通过调整间隙使其均匀的方法。实践证明：适当增加外止漏环间隙，可明显减弱转轮偏心运动对背压止漏环间隙压力的影响，进而减少振动。比如：某水电站一号和四号水轮机组，由于止漏环开焊导致水力的振动剧烈，在更换后，其振动的幅度明显下降了。

4机械因素造成的振动及解决对策

4.1机械因素造成振动原因

①转子质量不平衡：因为转子质量的不平衡，转子的中心会对轴心产生偏心距，当轴以角速度开始旋转的时候，因为失衡质量受到离心惯性力的影响，在轴上出现弓状回旋，此类的振动也被称为振摆。其特征是，振幅随着转速的变化而产生变化。

②机组的轴线不正：旋转中心和机组中心及轴线三者重合是在旋转机器中最理想的状态。单元轴线偏差的主要表现形式是轴线推力头底平面不垂直和轴线结合面的曲折，因为轴线的曲折和倾斜，机组转子轴向力在没有通过推力轴承中心就产生了一个偏心力矩。伴随转子转动，与此同时偏心力矩也在旋转，脉动力是各个支柱螺栓的受力，当转速频率应和脉动频率相一致时，会出现推力轴承支撑螺栓的轴向振动，此时转子也会产生振摆。轴线不正是造成径向振动的主要原因之一。

③轴承的缺陷：当导轴松动，轴承和固定不同心，间隙过大或者润滑不好都会引起干摩擦，造成了机组的水平振动。

4.2处理对策

机械原因导致的振动应使用以下措施处理：通过动态平衡调整轴瓦间隙或调整轴线来提高精密度以及同心度。例如，某水电站一号发

电机组由于动平衡不合格，转子摆动过大的缺陷，采用转子配重的对策，取得了良好的效果。

5电磁因素导致的振动及解决对策

5.1电磁因素导致振动的原因

①转子绕组短路：当磁极短路而引起磁动势降低时，而其它的磁极磁动势没有改变，因此出现与转子共旋转的横向不平衡磁拉力，引起转子剧烈振动。振动的振幅与励磁电流的大小有关，磁电流增加，振幅也增加出现剧烈振动。当激励被移走，振动会立即消失，因此很容易将此类振动区别于其他原因引起的振动。

②空气间隔不均匀：当发电机组转子摆度或是转子不圆的时候，会出现空气间隙不均匀，导致单边不平衡磁拉力，随着转子的转动引起的空气间隙变化，单边磁拉力不平衡在沿着圆周做周期性运动，引起机组剧烈振动。

5.2处理对策

对于电磁因素造成的剧烈振动，除制造厂家应遵守国家有关规定外，更需要设备使用单位定期进行检修，并加强运行监测，做到及早发现及时处理。

6小结

水轮发动机组振动有诸多原因以及危害。由于破坏了转轮结构和固定导叶，这种振动现象会威胁水电站运行的安全性和稳定性，降低水电站的经济效益。1概述随着社会的发展，水利工程对人们的生活至关重要，我们应该采取有效措施保障水利工程项目内部机电设备的正常运行。

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