任光輝

（哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

1 引言

水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的振動(dòng)及主軸擺動(dòng)是水電站設(shè)計(jì)乃至運(yùn)行維護(hù)中一個(gè)特別重大的課題。它作為新機(jī)安裝或者機(jī)組大修試運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，具有舉足輕重的地位。因此減小機(jī)組的振動(dòng)和擺動(dòng)，對(duì)提高機(jī)組運(yùn)行的可靠性和延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命，具有十分重要的意義。

機(jī)組振動(dòng)和擺度過(guò)大時(shí)，嚴(yán)重危及機(jī)組的安全運(yùn)行，會(huì)對(duì)機(jī)組有以下幾方面的危害：1)引起機(jī)組零部件金屬和焊縫中疲勞破壞區(qū)的形成和擴(kuò)大，縮短了機(jī)組的使用壽命；2)使機(jī)組各部位緊密連接部件松動(dòng)，不僅會(huì)導(dǎo)致緊固件本身的斷裂，而且會(huì)加劇被其連接部分的振動(dòng)；3)機(jī)組高速轉(zhuǎn)動(dòng)部分的相互磨損，使軸承燒毀；4)振動(dòng)劇烈時(shí)會(huì)導(dǎo)致調(diào)速系統(tǒng)油管路接頭部分松動(dòng)脫落，使機(jī)組無(wú)法正常運(yùn)行。

2 振動(dòng)原因分析

水電站中引起水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的原因可分為以下三種：電磁振動(dòng)、機(jī)械振動(dòng)和水力振動(dòng)。

電磁振動(dòng)是指于擾力來(lái)自發(fā)電機(jī)電磁部分的電磁力，磁拉力差異引發(fā)的振動(dòng)。由于轉(zhuǎn)子磁極形狀和安裝尺寸的差異，磁極的拉力不盡相同，從而引起振動(dòng)。水電站人員通過(guò)與安裝單位的技術(shù)人員聯(lián)系，測(cè)量和調(diào)整磁極與定子間的氣隙，測(cè)量值均合乎要求。通過(guò)開(kāi)機(jī)做試驗(yàn)排除了電磁振動(dòng)的可能性。機(jī)械振動(dòng)是指振動(dòng)中的干擾力來(lái)自機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其他力。引起機(jī)械振動(dòng)的因素有：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，機(jī)組軸線(xiàn)不正，導(dǎo)軸承缺陷等。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子中心對(duì)軸產(chǎn)生 個(gè)偏心矩，從而產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)。機(jī)組軸線(xiàn)不正使轉(zhuǎn)輪幾何中心偏離旋轉(zhuǎn)中心，增大了離心慣性力，同時(shí)在動(dòng)水壓力的作用下，推力軸承處就會(huì)發(fā)生擺振。轉(zhuǎn)子靜不平衡力應(yīng)當(dāng)是通過(guò)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)檢查和處理，也就是通常所說(shuō)的試驗(yàn)配重問(wèn)題。在轉(zhuǎn)子重量相對(duì)轉(zhuǎn)子中心分布均勻的前提下，保證了轉(zhuǎn)子中心與軸線(xiàn)的重合就保證了轉(zhuǎn)子的重心與軸線(xiàn)重合，即保證了靜平衡。轉(zhuǎn)子中心與軸線(xiàn)是否重合，可以通過(guò)測(cè)量轉(zhuǎn)子圓度來(lái)判斷。如果轉(zhuǎn)子中心與軸線(xiàn)偏差很小(在標(biāo)準(zhǔn)允許范圍內(nèi))，則不需重新調(diào)整磁軛中心即重新打磁軛鍵。水電站機(jī)組為半傘式，通過(guò)機(jī)組盤(pán)車(chē)測(cè)量軸線(xiàn)，上導(dǎo)、推力、水導(dǎo)三導(dǎo)軸領(lǐng)處于同一直軸線(xiàn)；鏡板與軸線(xiàn)也垂直。根據(jù)機(jī)組變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)和轉(zhuǎn)子測(cè)圓情況判斷，機(jī)組轉(zhuǎn)子靜不平衡力不大，無(wú)需再考慮軸線(xiàn)與轉(zhuǎn)子重心的重合問(wèn)題。導(dǎo)軸承缺陷即當(dāng)導(dǎo)軸承松動(dòng)，剛性不足、運(yùn)行不穩(wěn)定或間隙過(guò)大而潤(rùn)滑不良時(shí)，會(huì)發(fā)生干摩擦，產(chǎn)生橫向振動(dòng)力，從而引起機(jī)組的振動(dòng)。通過(guò)水電站檢修人員的檢查、測(cè)量，各部導(dǎo)軸承均正常。

水力振動(dòng)是指振動(dòng)中的干擾力來(lái)自水輪機(jī)水力部分的動(dòng)水壓力。引起水力振動(dòng)的因素有：水力不平衡、尾水管中的水力不穩(wěn)定、氣蝕、脫流等。在尾水管中心附近產(chǎn)生具有一定邊界的旋轉(zhuǎn)水流，尾水管出口水壓低時(shí)，旋轉(zhuǎn)水流的中心出現(xiàn)低壓形成空腔，從而引起機(jī)組振動(dòng)、廠房振動(dòng)。氣蝕引發(fā)的振動(dòng)，當(dāng)水流相對(duì)于導(dǎo)葉的流入角度超過(guò)3。時(shí)就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)產(chǎn)生劇烈振動(dòng)的區(qū)域，誘發(fā)起尾水管的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)部分的擺動(dòng)等。脫流引發(fā)的振動(dòng)，現(xiàn)在，為了降低電站造價(jià)，即便是長(zhǎng)尾水管的水電站也常常省去了調(diào)壓井。對(duì)于這一類(lèi)水電站，脫流現(xiàn)象就成了問(wèn)題。當(dāng)機(jī)組甩負(fù)荷等原因使水輪機(jī)迅速停機(jī)時(shí)，因快速關(guān)閉活動(dòng)導(dǎo)葉，在水輪機(jī)尾水管內(nèi)便產(chǎn)生很大的壓力降，這時(shí)的靜壓如果降至水的飽和蒸氣壓以下，該處的水便會(huì)形成氣泡而分離。這便是所謂脫流現(xiàn)象。分離后的水重新結(jié)合，便會(huì)產(chǎn)生巨大的壓力，伴隨著巨大的聲響，使水輪機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。水電站在導(dǎo)葉關(guān)閉油路中裝有一個(gè)分段關(guān)閉閥，延緩了導(dǎo)葉的關(guān)閉速度，較好的解決了此類(lèi)問(wèn)題。

水電站機(jī)組是軸流轉(zhuǎn)槳式，對(duì)于轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，如果導(dǎo)葉和槳葉沒(méi)有協(xié)聯(lián)好或水輪機(jī)的協(xié)聯(lián)曲線(xiàn)沒(méi)有做好，水輪機(jī)處于非最優(yōu)協(xié)聯(lián)關(guān)系時(shí)，水流就不是無(wú)撞擊進(jìn)口而產(chǎn)生沖角，引起水力不平衡，產(chǎn)生振動(dòng)。機(jī)組在運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行人員有時(shí)將機(jī)組調(diào)速器槳葉切換到手動(dòng)運(yùn)行方式下，手動(dòng)協(xié)聯(lián)槳葉，會(huì)使振動(dòng)明顯下降。綜合以上情況可認(rèn)定是水輪機(jī)的協(xié)聯(lián)曲線(xiàn)沒(méi)有做好，才導(dǎo)致的水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)。

結(jié)語(yǔ)。水輪發(fā)電機(jī)的振動(dòng)，在理論上涉及很多學(xué)科領(lǐng)域，在國(guó)內(nèi)外迄今為止仍是難度很大的課題，在機(jī)組運(yùn)行中如何監(jiān)視機(jī)組振動(dòng)，及早發(fā)現(xiàn)異常情況，防止因振動(dòng)產(chǎn)生的事故是十分重要的工作，這需要豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)結(jié)合科學(xué)的理論，在維護(hù)檢查工作中全面加強(qiáng)設(shè)備的動(dòng)態(tài)管理，確保水輪發(fā)電機(jī)組的安全運(yùn)行。同時(shí)在機(jī)組的安裝施工中，要提高安裝精度與質(zhì)量，以保證機(jī)組穩(wěn)定。

[1]何杰.水輪發(fā)電機(jī)組軸電流的產(chǎn)生與防治[J].黑龍江科技信息，2008-05-15.