淺析水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因和處理措施

周俊

（湖南省電力公司鳳灘水力發(fā)電廠 湖南沅陵 419600）

淺析水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因和處理措施

周俊

（湖南省電力公司鳳灘水力發(fā)電廠 湖南沅陵 419600）

水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)是水電站運(yùn)行中較為常見的故障問(wèn)題，而水輪發(fā)電機(jī)組是保障電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的重要基礎(chǔ)，因此，對(duì)機(jī)組設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)分析，明確振動(dòng)問(wèn)題產(chǎn)生原因，并采取有效措施進(jìn)行處理至關(guān)重要。對(duì)此，本文首先對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)問(wèn)題常見原因和處理措施進(jìn)行了分析，并結(jié)合實(shí)例詳細(xì)探究了水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)處理對(duì)策。

水輪發(fā)電機(jī)組；振動(dòng)；處理

1 引言

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，水力發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中擔(dān)當(dāng)者重要的角色，是實(shí)現(xiàn)電力網(wǎng)絡(luò)調(diào)頻、調(diào)峰重要部分。水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行效果能夠直接決定著水電廠的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

2 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因

2.1 機(jī)械因素造成的振動(dòng)

在水輪機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果轉(zhuǎn)子質(zhì)量不均衡、主軸剛度不夠或者機(jī)組軸線不正，就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的干擾力，造成機(jī)組的振動(dòng)問(wèn)題。其主要特征在于，機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)的頻率與轉(zhuǎn)速相同，振幅則隨著轉(zhuǎn)速平方的增加而不斷增大。

2.2 水力因素造成的振動(dòng)

（1）通流器中的水流缺乏穩(wěn)定性，當(dāng)水流進(jìn)入轉(zhuǎn)輪后，會(huì)出現(xiàn)不對(duì)稱的情況，進(jìn)而引發(fā)橫向作用力，導(dǎo)致各種組件之間的連接失去牢固性和穩(wěn)定性，產(chǎn)生喘振現(xiàn)象。

（2）當(dāng)定槳式流體輸送機(jī)局部載負(fù)時(shí)，在其尾部流通管內(nèi)，會(huì)出現(xiàn)一種不穩(wěn)定的流體模式，即渦流帶，呈現(xiàn)出螺旋的形狀，而且其渦流核心會(huì)沿某個(gè)特定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致存在于尾部流通管內(nèi)的流體出現(xiàn)大幅度的低壓脈沖，從而引發(fā)機(jī)組的不正常運(yùn)轉(zhuǎn)。如果發(fā)電機(jī)組中部件的振動(dòng)頻率與渦流帶脈沖率產(chǎn)生共振，則會(huì)導(dǎo)致機(jī)組發(fā)電量的下降；如果剛性管道中的流體振動(dòng)頻率或者壓力管的自振蕩頻率與渦流帶脈沖率相似，則會(huì)在剛性管道內(nèi)出現(xiàn)巨大的流體振動(dòng)；如果基建工程自有振動(dòng)頻率與渦流帶脈沖率近似，則可能會(huì)導(dǎo)致基建工程的振動(dòng)。

（3）流體在繞過(guò)輪片，由入口位置輸入時(shí)，會(huì)在輸出口附近產(chǎn)生渦流列，而當(dāng)輪片的正反面間斷輪流出現(xiàn)時(shí)，則會(huì)使得輪片受到水流的沖擊，一旦沖擊頻率接近輪片自身的振動(dòng)頻率，就會(huì)引發(fā)共振現(xiàn)象。

2.3 電氣因素造成的振動(dòng)

電氣所造成的磁場(chǎng)力是造成發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的關(guān)鍵因素，振動(dòng)幅度與電磁流量之間為正比關(guān)系。同時(shí)，發(fā)電機(jī)組在不對(duì)稱的三相電流當(dāng)中，如果發(fā)電機(jī)組發(fā)生故障，則就會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)子接地，從而引發(fā)短路問(wèn)題，導(dǎo)致電阻值不斷降低，當(dāng)有很多的電流從故障點(diǎn)經(jīng)過(guò)時(shí)，電場(chǎng)不平穩(wěn)問(wèn)題越來(lái)越明顯，最終就會(huì)造成發(fā)電機(jī)組劇烈的振動(dòng)。

3 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)處理措施

3.1 振源為機(jī)械因素處理措施

立即停機(jī)，做好安全措施，根據(jù)機(jī)組異常振動(dòng)特征，檢查上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承，推力軸承，定、轉(zhuǎn)子間隙情況，如果僅僅是上導(dǎo)或下導(dǎo)或水導(dǎo)一塊軸瓦松動(dòng)，其它均正常，可以只調(diào)整上導(dǎo)或下導(dǎo)或水導(dǎo)軸瓦。如果定、轉(zhuǎn)子間隙不均勻，轉(zhuǎn)子中心移位，須從新調(diào)整轉(zhuǎn)子中心，并調(diào)整上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸瓦以及推力軸承。處理完畢，然后開機(jī)試運(yùn)行，先將機(jī)組空轉(zhuǎn)，檢查機(jī)組有無(wú)異常振動(dòng)；正常后，加勵(lì)磁，檢查機(jī)組有無(wú)異常振動(dòng)，無(wú)異常，逐漸帶上負(fù)荷，檢查機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行情況，無(wú)異常，帶滿負(fù)荷運(yùn)行。

3.2 振源為水力因素處理措施

①改變?nèi)~片型號(hào)，將出水的一端進(jìn)行削薄處理，使得正面與方面可以形成交變漩渦力量逐漸變小，甚至導(dǎo)致所有漩渦力量的消失。②避免出現(xiàn)氣蝕和尾水管渦流，可以在尾部流通管入口的位置進(jìn)行導(dǎo)流瓦，有效降低渦流的振動(dòng)，降低振動(dòng)。③采取有效的措施對(duì)卡門渦流頻率與葉片的頻率進(jìn)行調(diào)整。

3.3 振源為電氣因素處理措施

電氣原因引發(fā)的機(jī)組振動(dòng)是很難控制的，應(yīng)該從預(yù)防的角度進(jìn)行處理。可以安排專人定期對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢查和維護(hù)，強(qiáng)化管理力度，第一時(shí)間找出故障和隱患，采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決。

4 水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)處理實(shí)例分析

4.1 某水電站概況

該水電站為單臺(tái)單機(jī)10MW水輪發(fā)電機(jī)組，轉(zhuǎn)動(dòng)部門的總重為50t，包括上導(dǎo)、下導(dǎo)與水導(dǎo)軸承。巴氏合金上導(dǎo)6塊，單片瓦縫0.08mm；巴氏合金下導(dǎo)瓦6塊，單片瓦縫0.08mm；巴氏合金水導(dǎo)6塊，單片瓦縫0.15mm。推力軸承為剛性支柱式結(jié)構(gòu)，推力瓦數(shù)量為8塊。該發(fā)電機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電不久，發(fā)現(xiàn)上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)以及法蘭處的振動(dòng)擺度較大，存在振動(dòng)現(xiàn)象。隨著投產(chǎn)時(shí)間的推移，各個(gè)部門的振動(dòng)、擺度呈現(xiàn)出越演愈烈的趨勢(shì)，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)電機(jī)組多次被迫停機(jī)。后期經(jīng)過(guò)返廠處理之后，進(jìn)行了重新的實(shí)驗(yàn)與配重，解決了機(jī)組機(jī)械動(dòng)平衡問(wèn)題，振動(dòng)、擺度的基本情況已經(jīng)有所好轉(zhuǎn)。機(jī)組在勵(lì)磁工況的檢驗(yàn)作用下，并未發(fā)電明顯的問(wèn)題及變化情況，擺出電磁振動(dòng)因素的影響。但這種振動(dòng)的狀況，在發(fā)電機(jī)組當(dāng)中并未消除。其中水導(dǎo)擺度值為0.70mm，上機(jī)架振動(dòng)達(dá)到0.26mm。這種振動(dòng)性因素的存在，機(jī)組安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀況無(wú)法得到全面的保障，需要對(duì)其進(jìn)行及時(shí)的處理。

4.2 振動(dòng)問(wèn)題所產(chǎn)生的具體現(xiàn)象

（1）上機(jī)架的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度較低，整體的剛度較差，進(jìn)而導(dǎo)致廠家進(jìn)行二次的返廠加固處理。使得上機(jī)架徑向振動(dòng)達(dá)到0.3mm，容易導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組的共振現(xiàn)象產(chǎn)生。另外，由于上機(jī)架的整個(gè)導(dǎo)軸定位銷釘較少，將導(dǎo)致軸承支架在拆裝與運(yùn)行的過(guò)程中，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行準(zhǔn)確的控制，導(dǎo)致上導(dǎo)軸承偏離中心，造成定子與轉(zhuǎn)子在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)不均衡的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。

（2）水力發(fā)電機(jī)組當(dāng)中，各個(gè)部門的軸承連接都將導(dǎo)致螺栓基礎(chǔ)與支架之間的連接存在設(shè)計(jì)缺陷，在結(jié)構(gòu)方面的承受支撐受到影響，造成焊接受力傳遞不夠均勻。整個(gè)機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程中，容易出現(xiàn)開裂狀況。并且針對(duì)不同的鋼材，在進(jìn)行處理的過(guò)程中，焊接過(guò)程十分繁瑣，造成發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中由于振動(dòng)引發(fā)的軸承漏油、燒瓦現(xiàn)象，使得振動(dòng)現(xiàn)象出現(xiàn)惡性化的循環(huán)。

（3）整個(gè)發(fā)電機(jī)組在完成首次的安裝之后，對(duì)發(fā)電機(jī)組需要進(jìn)行改革中心的測(cè)定。需要完成對(duì)其的反復(fù)審核，為機(jī)組的檢修以及軸線的調(diào)試提供保障并奠定依據(jù)。但由于在整個(gè)機(jī)組的運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)組本身的軸線相對(duì)彎折，導(dǎo)致整個(gè)機(jī)組的整個(gè)軸線的調(diào)整質(zhì)量不高。同時(shí)，由于在原設(shè)計(jì)當(dāng)中，導(dǎo)瓦間隙無(wú)法滿足運(yùn)行的基本要求，導(dǎo)致在整個(gè)三導(dǎo)結(jié)構(gòu)當(dāng)中的軸承運(yùn)行不同心。

（4）機(jī)組軸線不正，是造成發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的原因之一。對(duì)該電站發(fā)展機(jī)組的檢驗(yàn)與校準(zhǔn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)，機(jī)組的鏡板底平面與機(jī)組軸并未處于垂直的狀態(tài)，導(dǎo)致軸線之間存在一定得夾角。造成水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)周補(bǔ)充和，總軸向力無(wú)法通過(guò)軸承最新紅心，將會(huì)產(chǎn)生一個(gè)偏心力矩，使得整個(gè)軸承的受力取法均勻，影響轉(zhuǎn)子運(yùn)行。脈動(dòng)頻率與機(jī)組轉(zhuǎn)速的頻率保持相同的狀態(tài)，導(dǎo)致整個(gè)軸承之間產(chǎn)生軸向的振動(dòng)因素，進(jìn)而引發(fā)振動(dòng)的出現(xiàn)。

（5）對(duì)該電站進(jìn)行分析研究與分析的過(guò)程中，受到推力頭以及大軸簡(jiǎn)析的影響，整個(gè)機(jī)組盤車測(cè)量周線發(fā)現(xiàn)上導(dǎo)軸頸圓度較差，經(jīng)過(guò)百分比讀數(shù)的測(cè)量可以發(fā)現(xiàn)，其最大值與最小值的差已經(jīng)達(dá)到0.09mm，這一較高的差度值，將會(huì)對(duì)水輪發(fā)電機(jī)組穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響。

4.3 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組振動(dòng)消除措施

（1）增強(qiáng)各個(gè)部門之間的連接強(qiáng)度。對(duì)整個(gè)發(fā)電機(jī)組上導(dǎo)、上機(jī)架中心，增加銷釘，為整個(gè)機(jī)組的軸線穩(wěn)定性提供可靠性的依據(jù)。協(xié)調(diào)整個(gè)機(jī)組固定部件之間的圓度與通信情況，為最終的驗(yàn)證提供發(fā)展的依據(jù)，調(diào)整整個(gè)軸線的高度與準(zhǔn)確度。為滿足盤車時(shí)對(duì)上導(dǎo)軸位的基本要求，最終使其能夠更加接近理想中心。實(shí)現(xiàn)上機(jī)架與上導(dǎo)軸承兩處的固定與處理，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)用銷釘進(jìn)行固定，進(jìn)而對(duì)整個(gè)軸承中線進(jìn)行固定，避免發(fā)電機(jī)組振動(dòng)現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（2）調(diào)整安裝工藝。整個(gè)發(fā)電機(jī)組在安裝的過(guò)程中，注重對(duì)機(jī)組各個(gè)部件之間的軸線進(jìn)行調(diào)節(jié)，增強(qiáng)軸線的質(zhì)量。由于對(duì)軸線的調(diào)整手段過(guò)于復(fù)雜，需要將上導(dǎo)軸作為基本的切入點(diǎn)與關(guān)鍵點(diǎn)，輔助參考上機(jī)架與水輪機(jī)上蓋當(dāng)中所現(xiàn)實(shí)的計(jì)算坐標(biāo)，進(jìn)而通過(guò)單位的換算，保持整個(gè)軸線調(diào)整的精準(zhǔn)度。通過(guò)這種方法，使得該電站的水輪發(fā)電機(jī)組軸線調(diào)整質(zhì)量較高。精準(zhǔn)配重。在完成安裝之后，保持整個(gè)平衡的配重?cái)?shù)值能夠達(dá)到一定得標(biāo)準(zhǔn)與要求，進(jìn)而減小部分振動(dòng)的幅度。當(dāng)然，精準(zhǔn)配重的方法并不能夠完全的解決振動(dòng)問(wèn)題，但可以發(fā)揮出一定得抑制作用。

（3）增強(qiáng)導(dǎo)軸承的支撐強(qiáng)度。通過(guò)這種方法，解決導(dǎo)軸在設(shè)計(jì)過(guò)程中強(qiáng)度方面的缺陷因素。在當(dāng)前的導(dǎo)軸設(shè)計(jì)當(dāng)中，通常表現(xiàn)在強(qiáng)度方面。強(qiáng)度設(shè)計(jì)較差，導(dǎo)致整個(gè)發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)的狀況時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致軸承松動(dòng)以及間隙增大的狀況。處理這種問(wèn)題，可適當(dāng)?shù)脑黾觾煞N鋼材之間的溝槽，進(jìn)而增加焊接的深度，為可靠性提供保障。

（4）確保盤車數(shù)據(jù)能夠負(fù)荷國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，將連接法蘭解體，增加0.15mm的銅皮薄墊，并保持境底與機(jī)組軸線垂直。

5 結(jié)語(yǔ)

水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)異常振動(dòng)是不可避免的，對(duì)此，首先需要掌握引起機(jī)組異常振動(dòng)的振源的類型、特征、危害以及振動(dòng)規(guī)律等，然后對(duì)機(jī)組不同的異常振動(dòng)進(jìn)行分析、判斷，這樣才能迅速、準(zhǔn)確地消除引起機(jī)組異常振動(dòng)的振源，確保機(jī)組安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

[1]陳前榮，俞燦平.水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中劇烈振動(dòng)的原因及處理[J].小水電，2014（05）：75～78.

[2]桑志寬.淺析水輪機(jī)發(fā)電機(jī)的振動(dòng)原因及處理對(duì)策[J].山東工業(yè)技術(shù)，2015（02）：14.

[3]梅江志.水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題思考[J].硅谷，2014（06）：159.

TM312

A

1004-7344（2016）13-0130-02

2016-4-19

周俊（1982-），男，工程師，本科，主要從事水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)械檢修工作。