關于水輪發電機組振動的原因分析與處理對策探討

【摘要】水力發電作為一種節能、高效、環保的發電方式受到了全社會的廣泛關注，據調查我國的水能資源的理論蘊藏量達到了6.8億千瓦，因此，我們必須對水力發電予以足夠的重視，雖然國家為了將水力發電占總發電量的比例從不到20%提高到40%，需要新建大量的水電站，但是我們也不能夠忽略對原有水電站的維護。水電站中水輪發電機組振動是一種非常常見的問題，但是這一問題極易影響機組的安全運行，因此我們必須經過嚴肅、認真的分析，確定振動原因，繼而采取針對性的處理措施予以解決，保證其安全、穩定運行。

【關鍵詞】水輪發電機組；振動；原因分析；處理對策

前言

對于水輪發電機組來說，振動始終都是影響水電站安全運行的一項關鍵因素，因此說，通過減小機組振動的方式們能夠有效延長機組的使用壽命，并大幅度提高運行可靠性。與此同時，一旦機組振動過大，輕則危機安全運行，重則產生下列幾項嚴重危害，首先是會導致焊縫、零部件疲勞破壞區的形成，縮短使用壽命；有連接部件的松動，會破壞緊固件，加劇連接部分的振動；會由于高速轉動零部件的相互磨損，燒毀軸承；會由于劇烈振動，使油管接頭松動脫落，導致機組無法正常運行。

一、常見水輪發電機組的振動原因

水電站在運行過程中，導致水輪發電機組出現振動的原因可以歸納為三大類，分別是電磁部分的振動、機械部分的振動以及水力部分的振動。下面我們分別進行論述：

1 電磁部分的振動

這部分的振動主要是由于發電機電磁部分的電磁力而引起的，特別是在磁拉力的作用下會引起電磁振動，對于這類振動的產生，主要是由于電磁磁極形狀、方向以及轉子安裝尺寸的不同，使得磁極的拉力也不相同，最終產生了電磁振動。

2 機械部分的振動

機械振動是較為主要的一種水輪發電機組振動原因，這種振動主要是由于機械部分各種摩擦、慣性以及外界干擾力而導致的，導致這種振動產生的原因有很多，可能是機組軸線不正，轉子質量存在不平衡、導軸承存在質量缺陷等等原因，下面我們分別就這幾種原因進行探討。首先，機組軸線不正會導致轉輪的幾何中心偏離旋轉中心，繼而在離心力的作用下使慣性力不斷增加，在水壓力和動力的共同作用下，產生大幅度擺動。其次，轉子質量的不平衡會使轉子的中心在軸上形成偏心距，繼而使機組發生劇烈振動。最后，導軸承存在質量缺陷主要是指到軸承的剛性達不到使用要求并且出現松動情況，而且導軸承縫隙過大也會由于潤滑效果的減弱而使運行不穩定，這些缺陷都會使導軸承在運行過程城中出現干摩擦問題，最終產生橫向振動力，使機組發生振動。

3 水力部分的振動

水力振動主要是由于干擾力造成的，而造成這種干擾力的最主要原因就是水輪機產生的水力部分存在動水壓力。導致水力振動產生的因素很多，主要是尾水管里的深水里出現氣蝕、不穩定以及脫流等情況；或者是水力不平衡的原因。首先，氣蝕產生的振動，主要是水流流入角大于導葉流入角3度的時候，會產生一個區域，這個區域的劇烈的振動會逐步傳遞到尾水管部分以及轉動部分，最終產生嚴重的振動問題。其次是水力不平衡問題，由于會在尾水管中心附件產生邊界旋轉流水，因此會降低尾水管出水口的水壓，繼而在旋轉流水中心產生空腔，最終產生劇烈的振動現象。最后就是發生最為頻繁的脫流振動，這種振動的產生主要是由于建設過程中為了節省造價，未建設調壓井而導致的，這種情況下，脫流是導致水輪發電機組振動的最主要原因。脫流是由于機組為了甩掉負荷而采取緊急停機時，快速關閉活動導葉，使得尾水管里存在大幅度的壓力降，此時再將靜壓降至比水飽和真空氣壓還低的狀態時，尾水管內的水會形成大量氣泡并進入到分離狀態，這些氣泡分離后還會重新結聚，產生相應的壓力，使得水輪機產生振動。

二、水輪發電機組振動的處理對策

1 電磁振動的處理對策

由于電磁振動主要是由于發電機電磁力和磁拉力的異常而導致的振動，而且主要是由于轉子磁極形狀、方向以及安裝等原因使磁極拉力不同而產生的振動。因此，在建設、維修的過程中，工作人員要與安裝單位的技術人員、作業人員共同現場復核，盡可能的減小定子與磁極的距離，避免振動的發生。

2 機械振動的處理對策

由于轉子質量不平衡問題是最主要的機械故障，占總故障的60%，因此，我們需要予以足夠的重視，轉子質量不平衡有兩種，分別是動不平衡和靜不平衡，其中動不平衡指的是轉子垂直方向相反，產生的偏心力會由于轉子質量不平衡而轉變成轉子中心對軸的偏心距，繼而使振動情況加劇。靜不平衡指的是轉子的垂直方向相同，繼而產生的一種偏離軸線的偏心力。導軸承存在缺陷主要指的是導軸承運行時不穩定、松動，并且由于其較大的間距使潤滑效果不理想，上述情況發生后，就會增大部件間的摩擦，繼而產生橫向振動力，最終引發機組的振動。我們可以通過測量轉子圓度的方式分析、檢查轉子中心是否與軸線重合，只要能夠保證兩者之間的偏差誤差在允許范圍內即可有效減少振動。

3 水力振動的處理對策

對于水力振動來說，我們可以通過在導葉關閉油路中安裝分段關閉閥的方式，控制導葉關閉速度，即可有效解決問題。此外，現今絕大多數的水電站機組為軸流旋槳式，如果沒有做好協聯曲線則會導致水輪機無法處于最優協聯關系，這樣的狀態水流就會產生沖角，繼而引起水力不平衡，產生振動。機組在運行過程中如果能夠將機組調速器槳葉切換為手動運行，也可明顯降低振動。

三、結論

綜上所述，水輪發電機組振動是困擾水電站安全運行的主要問題之一，因此說我們必須對振動原因進行深入性分析，準確找到振動原因，以便采取針對性的措施控制振動的繼續產生。隨著生產工藝、制造技術等的不斷發展，水輪發電機組的振動發生頻率逐漸降低，但是引發原因卻越來越多，因此我們必須對振動予以足夠的重視，認真分析、快速解決，保證發電站的安全、平穩運行。

參考文獻：

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