水輪機振動原因分析及處理

楊春旭

摘要：在水輪發電機組運行中經常會發生振動，對機組的使用安全和穩定帶來很多不利影響。使用者需要一定的理論知識和實踐經驗，才能根據機組振動的特征，及時正確地判斷機組振動的原因并做出恰當的處理，及時地防止事故的進一步擴大，避免設備損壞和人身傷亡等事故的發生。

關鍵詞：水輪機;振動;原因分析;處理

引言

近些年來，伴隨我國水利發電行業的迅速發展，保障水輪機與發電機等水電設備的穩定運行至關重要。所謂水輪機，主要指的是將水流的能量有效轉換為機械能，屬于流體機械中的透平機械。現階段，水輪機主要安裝在水電站當中，對水電站中的發電機起到一定的驅動作用。例如，在某大型水電站當中，上游水庫中的水流經過引水管，將水流引向水輪機，水輪機在水流的作用下旋轉，有效帶動發電機進行發電。

1水輪機振動的測量

1.1測量方法

采用百分表和壓力表進行機組振動、擺度及壓力脈動的測量是最常用的方法。一般在軸承支架和定子機座處設置振動測點及在各部導軸承處設置擺度測點，在尾水管等處增設必要的壓力脈動測點等。計算機監測裝置中，采用加速度傳感器測量振動，測量擺度采用電渦流傳感器，測量壓力采用壓力變送器，不僅具有幅值顯示功能，而且具有波形和頻譜分析功能，還可以進行離線或在線監測。

1.2試驗工況及分析

水輪發電機組振動、擺度、壓力脈動的測量，應分別在空載無勵額定轉速、變轉速、空載變勵磁電流、空載有勵額定轉速、不同負載、調相等工況下進行。通過空載無勵額定轉速工況，可了解機組軸線與軸承間機械蹩勁力作用的大小;通過空載變勵磁電流工況，可了解定子鐵芯有無冷態振動;通過空載有、無勵額定轉速工況，可了解發電機電磁不平衡力作用的大小;通過不同負載工況，可全面了解機組運行的穩定性;通過變轉速工況，可了解發電機轉子重量不平衡力作用的大小;通過調相工況，可了解機組無水力作用因素下的運行情況。總之，水電機組振動、擺度、壓力脈動的測量，應在各種不同工況下進行，并通過比較分析，區分各種不平衡力作用的大小，從而查找引起振動的原因，及時處理，保證機組的穩定運行。

2水輪機發電機組振動的影響因素

2.1電磁因素

若是當不確定的磁極發生了短路的情況之后，會使得磁動勢逐漸減小，與之相對稱的磁極磁動勢卻不會因此出現任何的變化，之后便能誕生出一個和轉子呈現出同向轉動的不平衡磁拉力，由此就導致了機組出現振動的情況。定子鐵芯的組合縫如果出現了松動的問題，或者是鐵芯本身發生了松動的情況，將會導致機組出現振動現象。若是定子繞組的固定不科學，當電氣負荷比較高的時候，也會讓機組出現振動問題。

2.2機械因素

機械因素所導致的機組振動一般表現于不同的方面。（1）如果發電機組在空載低轉速的情況之下發生了相對顯著的振動情況，則可以分析出引起這類問題的原因是機組緊固的零部件出現了松動的問題，再就是軸線發生了曲折的情況、中心尚未對準等。（2）如果發電機的振幅及機組轉速的二次方呈現出較為明顯的正比關系，水平振動的幅度比較大，則可以判定為導致機組振動的原因是機組轉動部分出現了質量不平衡的情況。（3）如果發電機組振動相對強烈，同時還出現了撞擊的聲音，應該考慮引起機組振動的原因是相關轉動部件和固定部件處于相互碰撞的狀態之下。（4）如果發電機組振幅伴隨著機組負荷發生的變化呈現出顯著的變化，則應該考慮的原因是主軸較細或者是軸本身的剛度不符合相應的標準。

2.3水力因素

（1）汽蝕.汽蝕被列入水力因素的范疇之中，通常可以劃分出三種主要的類型，也就是間隙、空腔、翼形。其一會讓轉輪室發生破壞，葉片的周邊和轉輪體的局部等部位受到負面的影響。其二常見于水輪機座環內側，同時也可見于尾水管的上半段。其三則是常見于葉片的背面和輪翼的周邊。在汽蝕的影響之下，水輪機的表面會遭到破壞，同時還能引發比較劇烈的振動，也會產生較大的噪音。在機組部分負荷時，機組振動相對明顯，這種情況也會出現噪聲問題，振動的頻率一般是在300-500赫茲，被列入高頻振動的范疇。（2）尾水管渦帶。尾水管渦帶是水輪發電機組在實際振動的時候相對常見的振動源，除去引起機組振動的情況外，還會導致壓力脈動等相對嚴重的問題。一般來說，渦帶在擺動的過程中，不但會讓水輪機發生振動問題，還會導致引水系統及廠房共振等問題出現，嚴重的誘發電網功率擺動問題。

3水輪發電機振動處理措施

3.1電磁振動處理措施

通常情況下，當水輪機發電機組內部的電機氣隙不均勻時，水輪機發電機會出現較小的振動，隨著時間的推移，水輪機發電機組振動越來越強烈，影響水電站的發電效率。為了保證水輪機發電機電磁振動得到更好的處理，水電站中的相關工作人員要找到產生電磁振動的原因，制定妥善的處理對策，在提升水輪機發電機組抗干擾性能的同時，減小外界環境因素對水輪發電組的影響。另外，水電站中的相關工作人員也可以采用圖像法進行相應的檢測，對水輪機發電機組進行開機試驗，一旦發現水輪機發電機組出現較大的電磁振動，要及時處理，并結合試驗結果，繪制水輪機發電機運轉綜合特性曲線，采用先進的數字化技術，將繪制完畢的曲線準確輸入調速設備當中，保證測試結果更加準確。由于水輪機發電機組內部結構比較復雜，在一定程度上增加了電磁振動處理難度，因此，在繪制綜合特性曲線的過程當中，相關工作人員要結合水輪機發電機的運行情況，對機組電磁振動圖像進行有效分析，結合設備電磁振動情況，準確計算水輪機發電機發生電磁振動的概率，并對原有的電磁振動處理方案進行改進，防止出現水輪機發電機出現電磁振動現象。水輪機發電機在運行的過程當中，其額定功率不宜超過水輪機的最大軸出力，水輪機發電機的額定電壓主要由制造廠決定，現階段，我國水輪機發電機的額定電壓在6.3KV-18.0KV之間，水輪機發電機的額定電壓越大，說明其額定功率越高。水電站中的相關工作人員要選擇合理的額定功率因數，科學控制水輪機發電機的運行效率。

3.2水力振動處理措施

為了保證水輪機發電機水力振動得到更好的處理，水電站中的相關工作人員在油路關閉的條件之下，分段安裝關閉閥門，防止水輪機發電機組內部的導葉瞬間關閉，保證機組內部的導葉運行速度符合相關規定，減少脫流現象的發生。由于水輪機發電機內部結構具有一定的復雜性，水力振動處理難度較大，但是，通過在機組內部安裝關閉閥門，能夠有效減少水輪機發電機水力振動現象的發生。在安裝關閉閥門的過程當中，水電站中的工作人員要將機組內部的雜物清理干凈，并結合設備生產廠家提供的各項資料，確定水輪機發電機的振動區域，采取針對性較強的處理方案，防止水輪機發電機出現大范圍的水力振動現象。如果水輪機發電機內部的協聯曲線不合理，設備很容易出現大范圍的水力振動，因此，想要有效減少水輪機發電機發生水力振動的次數，水電站中的工作人員可以采用手動方式，改變水輪機發電機組原有的運行方式，降低水輪機發電機發生水力振動的概率。

結束語：

對于水電站中的相關工作人員而言，在實際工作當中，要根據水輪機發電機的運行特點，對原有的振動處理方案進行優化，在提升水輪機發電機整體運行效率的基礎之上，防止水輪機發電機出現振動，進一步提升水電站的發電效率。

參考文獻：

[1]華維，郭昀凱.基于水輪機震動的原因及對策處理[J].技術與市場，2015，22（11）：157-158.

[2]桑志寬.淺析水輪機發電機的振動原因及處理對策[J].山東工業技術，2015（02）：14.

[3]王國民.水輪機運行故障及其處理研究[J].黑龍江科技信息，2014（34）：74.