摘 要：現(xiàn)階段水輪發(fā)電機的廣泛運用，為相關行業(yè)帶來了較高的經(jīng)濟利益，然而在其機組運轉(zhuǎn)過程中，如果發(fā)生振動故障，不僅會使對設施設備造成影響，還會阻礙水電站的正常運行。所以文章主要針對沖擊立式發(fā)電機的振動原因及危害進行分析，并結(jié)合阿鳩田水電站實際工作經(jīng)驗，提出幾點解決措施，以期為水電行業(yè)提供一定的理論借鑒依據(jù)。

關鍵詞：沖擊立式水輪發(fā)電機組；振動分析；應對措施

1 阿鳩田水電站工程簡介

阿鳩田水電站位于云南省保山市龍陵縣境內(nèi)的蘇帕河上，壩址位于龍陵縣象達鄉(xiāng)朝陽村下游6公里，電站首部距保山公路里程為175km，距龍陵縣城公路里程為66km。電站為引水式，是蘇帕河流域規(guī)劃梯級的第四級電站。水電站設計裝機容量35*3MW，水庫總庫容15.8×104m3，屬Ⅲ等中型工程，永久性主要建筑物為3級，永久性次要建筑物為4級，臨時性建筑物為5級。

2 沖擊立式水輪發(fā)電機振動帶來的危害

2.1 固件松動或者斷裂

由于使用過程的磨損或者維修保養(yǎng)不當，水輪發(fā)電機機組的部分固件會發(fā)生松動及斷裂情況，如果此時不采取一定的措施，就會連帶其他機組發(fā)生振動，從而使相關部件及連接部位變得脆弱，降低了使其使用年限。如果該現(xiàn)象比較嚴重，就會在零件的各個部件之間以及金屬和焊縫之間出現(xiàn)疲勞損壞區(qū)，長此以往，就會產(chǎn)生大面積損壞區(qū)，不僅影響整個機組的使用，而且還可能會出現(xiàn)報廢情況。

2.2 廠房的的損壞

比上述情況更為嚴重的沖擊立式水輪機組共振，會發(fā)生機組設備與廠房共振的現(xiàn)象，使其在運轉(zhuǎn)過程中對廠房建筑及附近相關機組造成影響，而且也會使得水輪發(fā)電機的振動機組旋轉(zhuǎn)部分發(fā)生更劇烈的摩擦。

2.3 破壞尾水管設備

水輪發(fā)電機在運行過程中，會在尾水管中形成渦流脈動壓力，伴隨著使用的頻繁及維護的不到位，會使尾水管壁在遭受強壓情況下發(fā)生斷裂情況，從而影響整個尾水設備的使用。

3 沖擊立式水輪發(fā)電機組振動的原因分析

沖擊立式水輪發(fā)電機不同于一般應用動能的機械機組，其運轉(zhuǎn)程序更加復雜一些。因此，對其振動因素的分析情況也更加復雜。首先，要考慮的因素是，水輪機組在自己作業(yè)運行的情況下，一定會伴隨著強烈的振動情況；其次，沖擊立式水輪發(fā)電機組的運行會伴隨著自身壓力，而且發(fā)電機的運轉(zhuǎn)會帶來自身的電磁力及相關零部件的振動，使得零件及連接部位發(fā)生相互撞擊及碰撞，從而產(chǎn)生大幅度是振動。圖1是沖擊立式水輪發(fā)電機組的剖面圖。

以下針對沖擊立式水輪發(fā)電機組的振動原因進行分析。

3.1 機械方面的原因

沖擊立式水輪發(fā)電機在自身運行過程中，會產(chǎn)生一定的干擾力，其形成原因主要是機械機組在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的摩擦力以及部件運動產(chǎn)生的慣性，再加上其他一些作用力，就會使得發(fā)電機轉(zhuǎn)子在運轉(zhuǎn)過程中無法保持自身的平衡，如果在這種情況下，主軸的剛度不達標準、機組的軸線不正，就會帶來機械損壞的嚴重后果。上述的這些原因都可以歸結(jié)為機械方面的因素。發(fā)生這種振動的主要特征是機組轉(zhuǎn)動的頻率及轉(zhuǎn)速是同步的，此時的振幅頻率及轉(zhuǎn)速的平方成正比。

3.2 水力方面的原因

水輪機在水中運轉(zhuǎn)時，會經(jīng)歷水的壓力干擾，其特點是水的不可控制性。這種振動會在水輪發(fā)電機超負荷運行或者無標準設計時較為嚴重，一些機組部件會在水力不受控制或者流量不夠均衡的情況下發(fā)生劇烈振動，嚴重時會導致機組及零部件斷裂。水輪發(fā)電機的機組振動規(guī)律主要是取決于水頭的流量，一般會在具有較高負荷以及較低水頭的情況下，振動頻率才會降低，主要的振動原因取決于以下幾個方面：

第一，通流器件中水力不平穩(wěn)。水流的不可控制性，使其在進入轉(zhuǎn)輪時，發(fā)生不對稱的現(xiàn)象，從而會對機組產(chǎn)生一定的橫向阻力，從而使器件發(fā)生振動，這種情況會在低荷載或者零荷載時對機組造成高強度的振動。因此，通流器中的水力不穩(wěn)定情況會進而造成流體的不對稱現(xiàn)象。

第二，尾部流通管產(chǎn)生渦流帶現(xiàn)象。水輪發(fā)電機機組中的渦流帶設計較為復雜，在計算流體負載時，定槳式的流體輸送機要求局部負載達到最優(yōu)化，即器件的開度控制在40%～70%之間，也可以是達到最優(yōu)流體載量的30%～80%之間。這種情況下會使尾部的流通管中出現(xiàn)不平穩(wěn)的流體模式。

第三，卡門渦流。這種渦流主要是流體在進入輪片輸出口時，會形成渦流列，在當渦流列在輪片間來回沖撞時，會使其輪片受到水流的沖擊，而此時如果撞擊流與輪片轉(zhuǎn)速的振動頻率相同，就會出現(xiàn)共振現(xiàn)象。如果情況嚴重就會使得輪片的底部及邊緣產(chǎn)生裂痕，并伴隨一定的噪音。

第四，尾部流通管安裝的位置較低。一般的沖擊立式水輪發(fā)電機在安裝流體出口時會選擇較低的位置，這樣一來會使其出口的水流呈現(xiàn)不穩(wěn)定現(xiàn)象，所以在安裝轉(zhuǎn)槳式的流體輸出口時，如果沒有在轉(zhuǎn)彎之間設定好穩(wěn)定的水流狀態(tài)，就會形成周期性的水流沖擊，從而導致周圍相關部件的振動。

3.3 電氣因素造成的振動

沖擊立式水輪發(fā)電機組在運行過程中，自身會產(chǎn)生一定的磁場力，從而引發(fā)相關機組的振動，此時發(fā)電機組在水流沖擊不平衡的情況下，就會使其三相電流出現(xiàn)故障，再加上機組的轉(zhuǎn)子接地在運行過程中的故障及磁場不均的現(xiàn)象，從而導致電氣振動。這些因素中的轉(zhuǎn)子接地主要是由于，發(fā)生故障導致接地后會伴隨一定的短路情況，進而使其運行阻值變小，特別是在故障點如果流經(jīng)較大的電流量，極容易造成整體運轉(zhuǎn)機組的電壓不穩(wěn)，使其水輪發(fā)電機組產(chǎn)生嚴重的振動現(xiàn)象。

4 沖擊立式水輪發(fā)電機振動的處理對策分析

4.1 機械方面原因的應對措施

首先應將機組的精密度及同心度進行提高測試，可以通過調(diào)整軸線、改變軸瓦間隙或者平衡相對改動等方法進行解決。應在對其機組運行進行一定的測試及數(shù)據(jù)統(tǒng)計后，進行計算及對比分析，從而得出機組運行時振動最小的一組情況，分析原因，找到相關機械部位，進行振幅調(diào)試，從而減輕機組振動，保證沖擊立式水輪發(fā)電機的安全平穩(wěn)運行。

4.2 水力因素造成振動的主要應對措施

可以通過兩種方式進行處理，一種是將葉輪替換成可以減小水流阻力的型號，或者是將葉輪在水流流出的一方進行削薄處理，從而將兩端的交流漩渦摩擦力減?。涣硪环N是將卡門的渦流頻率及葉輪原有的頻率進行更換，從而保證不與水流發(fā)生共振現(xiàn)象。

4.3 電氣因素造成振動的主要應對措施

對于電氣因素造成的振動，要定期檢修測驗，在運行的時候做到早發(fā)現(xiàn)早處理，多加強保護監(jiān)控，及時找出電氣故障并加以處理。

5 結(jié)束語

水力發(fā)電在現(xiàn)階段屬于應用比較廣泛的發(fā)電手段，具有發(fā)電量大、成本相對較低、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，但在實際操作中也會存在一定的問題。因此，呼吁相關部門及工作人員，在進行發(fā)電機組振動問題的處理時，一定要落實實際，加強故障分析及人員維護，及早查明故障原因，及早進行防患，從而提升水電工程的運行效率。

參考文獻

[1]李志勇.電網(wǎng)調(diào)度工作票管理系統(tǒng)的優(yōu)化設計[J].河北電網(wǎng)技術，2001（3）：29-31.

[2]金正淑.面向?qū)ο蟮淖冸妰善本C合管理系統(tǒng)[J].黑龍江電力，2003（6）：237-239.