淺析水輪機發電機振動的原因與處理對策

摘 要：水輪機發電機的振動問題主要是由于該設備在設計和安裝過程所存在的缺陷造成的，而振動問題如果沒有得到有效的解決，不僅會使機組的壽命大大縮減，而且也會對整個機組的安全運行造成巨大的威脅。因此，文章將在簡要分析水輪機發電機的振動問題及其成因的基礎上，進一步探討處理該機器振動問題的有效策略。

關鍵詞：水輪機發電機；振動；問題；原因；策略

前言

關于水輪機發電機的安裝、試運行以及機組的檢查和修理這三個方面的工作，其最重要的動態評價指標便是水輪機發電機以及機軸的振動和擺動情況。這也是目前在水電站設計以及維護工作中備受關注和亟待研究的一個重大課題。因此，要使機組的使用壽命能夠延長以及確保機組運行可靠性得到提高，則必須要對機組振動、擺動的情況作出分析并找出成因，從而進一步探討處理機組振動、擺動問題的有效措施。

1 水輪機發電機振動問題分析

通過對各個水電站的觀察和分析可得，水電站中水輪機和發電機機組在進行投產發電之后，水輪機發電機經過一段運行時間后，往往會出現機組的振動加大的情況，因此在緊急的時候還必須要對其采取降低負荷的方式，確保其正常運行。而機組在運行的過程中，上機架的振動幅度會隨著機組上導擺度的變大而增大，而這一情況會對機組的安全運行造成嚴重的危害。首先，當機組的振動過于激烈時，會使得整個調速系統的相關接頭部分出現松動的情況，嚴重者甚至會發生脫落的現象，從而阻礙了機組的正常運行。其次，由于機組振動使得高速轉動部分會在機組運行過程中產生嚴重的磨損，當溫度上升到一定高度時，極有可能導致軸承被燒毀。再者，由于機組的振動會造成機組各個部位中連接緊固的部位會出現松動的狀況，從而使得整個固件本身產生嚴重的斷裂，并通過惡性循環的作用，使得其他連接部分的振動也在不斷加劇。最后，無論是機組的振動還是擺度過大，都會形成相應的焊縫以及零部件金屬的疲勞破壞區，并且這一區域還會呈現不斷擴大的狀態，從而使得機組的使用壽命大大縮減了。

2 水輪機發電機振動原因

在水電站的運行過程中，造成水輪機發電機機組產生振動的原因大概可以分為三個部分：一是來自水力部分的振動；二是來自機械部分的振動；三是來自電磁部分的振動。

2.1 水力振動

水力振動中主要是由于部分干擾力所造成的。而干擾力的最主要來源是水輪機中產生的水力部分所存在的動水壓力。來自水力振動方面的因素有很多：一是尾水管力的深水里出現了脫流、氣蝕以及不穩定的狀況；二是水力的不平衡狀況。首先是脫流所造成的振動，為了使電廠造價降低，大部分水電站的建設過程中往往會直接省去調壓井的建設，在這種情況下，脫流就成了此類水電廠水輪機發電機振動的主要源頭。所謂脫流，即當機組為了甩掉負荷而緊急停機時，由于活動的導葉被快速關閉了，使得大幅度的壓力降在水輪機的尾水管里，如果此時再把靜壓降到比水飽和真空氣壓還低的壓力狀態，尾水管里面的水馬上就會形成氣泡并進入分離的狀態。而這些水在分離之后還會重新結合起來，從而產生相應的壓力，最終引發水輪機的振動。其次是由氣蝕所造成的振動，在導葉的流入角低于水流的流入角大約3度的時候，往往會形成一個區域，該區域就會產生劇烈的振動，從而導致轉動部分以及尾水管部分都發生了振動。再者是關于水力不平衡造成的振動，邊界旋轉流水會在尾水管的中心附近產生，導致尾水管的出口水的水壓被降低，并且在旋轉流水中心還會因為低壓的出現從而造成了空腔的形成，最終導致了整個廠房和機組都產生振動現象。

2.2 機械振動

機械振動主要是由機械部分各種力、摩擦以及慣性力所產生的干擾力而引起的。而導致機械振動產生的因素也有很多：或者是導軸承存在缺陷，或者是機組的軸線不正，又或者是轉子的質量出現不平衡的現象等等。首先，關于導軸承方面存在的缺陷，主要是導軸承的剛性不足以及松動情況的出現，此外，導軸承的縫隙太大而不具備良好的潤滑效果并且在運行過程中也很不穩定，這些缺陷使得導軸承在運行過程中會發生干摩擦的狀況，造成了橫向振動力的產生，從而使得整個機組都產生了振動。其次，機組軸線的不正導致了轉輪的幾何中心大大偏離于旋轉中心，從而導致離心的慣性力不斷增大，并在水動力和壓力的影響和作用下，使得推力軸承的地方產生了大幅度的擺動。再者，轉子質量的不平衡也是機組產生振動的一個重要原因，轉子的中心會在軸上形成偏心矩，從而使得機組發生了劇烈的振動。

2.3 電磁振動

這部分的干擾力主要是由發電機在電磁這一部分所產生的電磁力而形成的。而干擾力通過磁拉力的作用最終引起了電磁的振動。而關于這方面的振動因素，主要是轉子的安裝尺寸以及電磁磁極的方向和形狀的不同，使得出現在磁極中的拉力也存在差異，最終成為電磁振動的因素之一。

3 水輪機發電機振動問題處理策略

針對水輪機發電機振動成因的不同而采取相應的處理措施。一是針對水力振動這方面的因素，相關水電站可以在導葉的關閉油路中進行分段關閉閥的安裝，從而讓導葉關閉的速度能夠有效地延緩下來，并使脫流所造成的機組振動問題得以解決。由于水輪機發電機振動最主要的原因是該機組的協聯曲線沒做好，因此，要解決機組振動問題，運行人員還可以用手動的運行方式來替換機組的調速槳葉的運行，通過聯槳葉與手動的方式的結合來減少機組振動。二是針對機械振動這方面的因素，對于轉子質量的不平衡這一問題，可通過檢查和處理轉子的平衡力來解決該問題。首先，在檢查方面，可通過機組的運轉來完成的；其次，在問題處理方面，可重新進行試驗配重，并讓轉子中心和軸線能夠保證雙方的重合，通過這樣使得軸線也能重合于轉子的中心，最終使得靜平衡得到了保障。而關于軸線是否與轉子的中心重合這一問題，需要對轉子圓度進行測量才能得出相應的判斷。假設軸線與轉子中心存在很小的偏差，并且該偏差是處于標準允許范圍之內的話，就不需要重新采取打磁軛鍵的方式。三是針對電磁振動這一方面的因素，可以對水輪機發電機進行開機實驗，從而對電磁振動的可能性進行有效排除，并在不同情況下尋找機組最優協聯關系以及對水輪機在運轉過程中的綜特性曲線進行重新的繪制，并借助數字化科學技術，把繪制好的曲線輸入到電液的調速器當中，重新進行開機試驗。

4 結束語

總的來說，水輪機發電機的振動問題對于整個機組的安全運行造成很大的阻礙，因此通過從水力振動、機械振動和電磁振動三個方面因素來分析水輪機發電機振動的成因，并采取相關的處理措施，最終使得發電廠實現更安全的運行。

參考文獻

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