淺析水輪機發電機的振動原因及處理對策

桑志寬（哈爾濱電機廠有限責任公司,哈爾濱150040）

淺析水輪機發電機的振動原因及處理對策

桑志寬
（哈爾濱電機廠有限責任公司,哈爾濱150040）

摘要:隨著我國社會的不斷進步和電力事業的飛速發展，我國的水電建設取得了突飛猛進的進步，隨著我國對大中型水輪發電機組不斷投資生產，導致水輪發動機的數量上去了，質量上不去，然而，水輪發動機振動的主要原因是在其設計和安裝時出現了問題，如果不解決這些問題的話，水輪發動機的壽命會大大降低，甚至會造成安全問題。

關鍵詞：水輪發電機；振動；原因；對策

隨著我國水力資源的逐步開發，水輪發電機有了很大的進步和發展，但是，水輪發動機的質量卻越來越不好，總是發生發動機振動方面的問題。水輪發電機組常見的振動由機械振動、水力振動和電磁振動三種。然而，產生振動的原因包括設計方面、制造方面、安裝方面和運行方面的問題。因此，筆者今天針對水輪機發動機振動方面的問題以及解決方法進行詳細的分析。

1　探究水輪機發電機振動方面的原因

1.1機械振動方面的原因

機械振動是一種十分常見的振動，機械振動主要是由機械的各個部分的各種力以及相互的摩擦所產生的。然而，導致機械振動產生的因素是設備安裝不當造成的，有以下原因：

導軸承存在缺陷。主要是導軸承出現了松動的情況，或者是其強度不夠導致的。并且，導軸承有很大的縫隙，而且縫隙之間沒有良好的潤滑的作用，因此，在運轉的過程中也并不穩定，由于這些原因的存在造成了導軸承在運行中會發生一些摩擦以及很大的晃動情況，從而，使機身發生振動。

機組的軸線不正。機組軸線的不正就會導致轉輪的中心與旋轉中心有很大的偏移，這樣的便宜足夠產生很大的離心慣性力，并且在各種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，也就使機身產生了振動。

轉子的質量出現問題。轉子的中心一直都發揮著重要的作用，如果轉子的質量不均衡，會導致轉子中心會不穩定，會在軸上形成偏向，從而使得機身產生劇烈的振動。

1.2水力振動方面的原因

水力振動的產生主要是由于部分干擾力所造成的，然而，干擾力的最主要來源是水輪機中產生的水力。水力振動方面的因素有很多：尾水管出現了脫流、氣蝕以及不穩定的情況、水力不平衡的情況以及轉輪部分流道被一些雜物堵塞等等。

水力不平衡。一般來說，在尾水管的中心部分會產生旋轉流水，導致尾水管的出口水會由于低壓的出現導致了空腔的形成，也就是水的流動產生了振動，最終使水輪機發生了劇烈的振動。

1.3電磁振動方面的原因

雖然說電磁振動也是常見的震動之一，但是電磁振動比較容易被忽視。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導致的電磁振動，對于電磁振動一般是轉子的安裝尺寸與電磁磁極的大小以及方向又不符合的地方，或者定子的鐵芯沒有壓緊，或者發電機固定轉子之間有空氣的間隙不均勻等等原因產生的。

2　識別水輪機發電機振動故障的方法

對于判斷定子的振動情況可以通過聽聽定子轉動的聲音可以判斷定子的鐵芯有沒有壓緊。對于判斷轉子的振動情況，這就比較困難，由于氣隙測量不方便，一般工作人員只是用肉眼覺得差不多就繼續安裝，但是，往往差不多的結果就是差很多。因此，發生了振動的情況，一般都會忽略由于轉子所造成的后果，這樣的結果就是既浪費了人力也浪費了物力，甚至會產生一系列的安全問題。因此，發生震動的時候不要忽略了這一常見的問題。

簡單的講一個常用的方法為軸心軌跡分析法。軸心軌跡就是在給定的轉速下，呈現出軸心相對于軸承座的運動軌跡。并且，通過觀察軸心軌跡的形狀就可以判別軸是否處于正常的狀態，因為，正常狀態時，軸心軌跡應該是接近于圓形。

3　對水輪機發電機振動方面出現問題的解決方法

由于水輪機發電機的振動原因的不同，采取正確的處理措施才是重點。

機械振動。轉子質量的不平衡這一問題是經常會發生的，可以通過檢查轉子的平衡力來解決，在檢查的時候可以通過機組的運轉來實現。可以試驗配重，并讓轉子的中心和軸線能夠保證相對穩定的重合。軸線與轉子中心一般來說是會存在很小的偏差，如果該偏差是處于標準允許范圍之內的話，就算合格。

水力振動。對于解決水力振動，工作人員可以在導葉的關閉油路中進行分段關閉閥的安裝，這樣可以阻止導葉立即關閉的情況，讓導葉關閉的速度能夠有效地延緩下來，來解決脫流情況的出現，雖然，此方法比較難，但是很有效果。還要及時的清除雜物，同時也要處理好攔污柵。必要的時候還需要根據廠家的資料知道其在運行中水輪機的氣蝕的振動區，由于水輪機發電機振動最主要的原因是機組的協聯曲線沒做好，因此，要解決機組振動的問題，工作人員還可以用手動的運行方式來替換機組的運行，來減少水輪機發電機發生振動。

電磁振動。一般來說發電機氣隙不均勻的情況下，一開始產生的振動小，但是，之后的振動確是影響越來越大，但是很多形況下，工作人員意識不到這是電磁振動，然而，他們就一直在機械振動和水力振動的方面尋找原因，可能導致半個月都無法查明真正的振動原因，因此，針對電磁振動這一方面的因素，可以利用圖像的方法對此進行檢測，既簡單又明了，工作人員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的排除，同時在不同情況下都做出相應的試驗，并且繪制出在不同運轉過程中的綜合特性曲線，同時借助數字化技術，把繪制好的曲線輸入到調速器中，再重新進行開機試驗。一般來說，現場的圖像與此綜合特性曲線進行分析（在允許的振動范圍內不算出現電磁振動的情況），就能分析這臺機器是否發生電磁振動。

4　總結

隨著近幾年水輪發電機出現的振動問題的出現，讓我們越來越重視設計、安裝、檢查水輪發電機了。同時，我們也要認真的分析水輪發電機組產生振動的原因，只有找到原因，才能徹底的解決問題。通過今天的分析，我們也算是提醒了一下工作人員在進行及其檢修和安裝過程中必須要精確測量發電機的空隙，還要保證軸質量的均衡，以免出現離心力的影響。出現了震動現象也不要著急，要穩重的分析出現振動的原因，保證機器的安全運轉。

參考文獻：

[1]胡勁松，楊世錫，吳昭同等.基于EMD和HT的旋轉機械振動信號時頻分析[J].振動、測試與診斷,2012,24(02):106-110.

[2]楊世錫，胡勁松，吳昭同等.旋轉機械振動信號基于EMD的希爾伯特變換和小波變換時頻分析比較[J].中國電機工程學報，2012,23(06):102-107.

作者簡歷：桑志寬（1983—），2007年畢業于蘭州理工大學熱能與動力工程專業，中級工程師，主要從事：水輪發電機組安裝及調試技術工作。