848000 新疆烏魯瓦提水利樞紐管理局 新疆 和田|楊正暉

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水力發(fā)電廠水輪機(jī)振動(dòng)異常故障分析和處理

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在水力發(fā)電廠中水輪機(jī)組振動(dòng)是一個(gè)常存且棘手的麻煩，引起水輪機(jī)組振動(dòng)的原因涉及廣泛。從客觀方面來講，水輪發(fā)電機(jī)的振動(dòng)包含了各個(gè)領(lǐng)域的范圍，至今為止。水輪機(jī)組振動(dòng)仍然是令人頭疼的問題，觀察并發(fā)現(xiàn)發(fā)電廠工作是水輪機(jī)的問題，不僅可以預(yù)防水輪機(jī)故障引起的事故，而且對防治水輪機(jī)振動(dòng)也會去的很大的進(jìn)步。水輪機(jī)組的振動(dòng)在很大程度上破壞了其運(yùn)行進(jìn)程。增強(qiáng)機(jī)器的工作管理以保證發(fā)電廠的正常工作。不僅要加強(qiáng)機(jī)器的精準(zhǔn)度來預(yù)防事故的發(fā)生，更需要及時(shí)對故障發(fā)生的原因進(jìn)行分析和處理。本文將通過對水輪機(jī)發(fā)生振動(dòng)的破壞力，原因及解決方法進(jìn)行進(jìn)一步討論。關(guān)鍵詞：水力發(fā)電廠；水輪機(jī)振動(dòng)原因；水輪機(jī)振動(dòng)危害；解決措施

隨著社會的不斷進(jìn)步和發(fā)展，近年來我國的水電工程也有了較快的發(fā)展。水電站在給人們生活帶來便利的同時(shí)也存在著一些問題，其中最主要且危害最大的就是水輪機(jī)組的振動(dòng)異常。由此可見怎樣今早發(fā)現(xiàn)振動(dòng)原因并且做出及時(shí)的解決措施是讓水力發(fā)電廠能夠正常運(yùn)行的重要因素，也是日前水力發(fā)電站安全保證的主要。由種種跡象表明，水輪機(jī)組的振動(dòng)對水力發(fā)電廠的正常運(yùn)轉(zhuǎn)有著很大的影響。加大對水輪機(jī)振動(dòng)問題及其解決措施的研究已經(jīng)成為為我國水電工程發(fā)展的主要任務(wù)。隨著水輪機(jī)不斷的變大，水輪機(jī)組的零件相對硬度也逐漸變大，振動(dòng)可能性也就變大。

水輪機(jī)振動(dòng)的危害

相對于普通的工程器械，水輪機(jī)組的振動(dòng)帶來的影響比較多，換句話說危害也大于一般的工程器械。

a發(fā)電機(jī)壽命縮短

水輪機(jī)的很多部件會因?yàn)樗啓C(jī)的振動(dòng)而不斷相互磨損導(dǎo)致發(fā)生斷裂，發(fā)電機(jī)的使用壽命大大縮短甚至報(bào)廢。

b損壞工廠及工廠設(shè)備

當(dāng)水輪機(jī)組同時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)，變回形成共振，當(dāng)水輪機(jī)組與發(fā)電機(jī)廠同時(shí)共振，起結(jié)果必然導(dǎo)致發(fā)電系統(tǒng)損壞甚至對發(fā)電機(jī)廠中的各個(gè)設(shè)備產(chǎn)生一定的損壞。同時(shí)震東輝加大尾水管所受壓力，壓力會在一定情況下將水管擠壓斷裂，其結(jié)果對工廠的損壞程度不言而喻。

水輪機(jī)振動(dòng)的原因及解決措施

造成水輪機(jī)振動(dòng)的主要原因有水力振動(dòng)，機(jī)械振動(dòng)及電磁振動(dòng)。在一個(gè)水力發(fā)電廠中，水電、設(shè)備和電磁構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)且互相作用。

a導(dǎo)致水輪機(jī)振動(dòng)的水力原因

在沒有設(shè)計(jì)圖或者沒有預(yù)估情況的前提下，水輪機(jī)的內(nèi)外壓差不同及水道內(nèi)部的壓力，是水輪機(jī)組在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生振動(dòng)，這是形成水輪機(jī)振動(dòng)的主觀原因。水壓不同產(chǎn)生的振動(dòng)區(qū)域即稱為水輪機(jī)的振動(dòng)。取個(gè)例子，在沒有設(shè)計(jì)圖的前提下，水道會因?yàn)閴毫υ谖菜艿榷鄠€(gè)地方產(chǎn)生漩渦帶，從未引發(fā)機(jī)組劇烈振動(dòng)，甚至在水電廠正常運(yùn)行時(shí)，就會聽見尾水管中有不連續(xù)的沖擊的聲音便是水輪機(jī)組在振動(dòng)。在發(fā)生振動(dòng)且沒有找到振動(dòng)區(qū)域的時(shí)候，所有工作人員均需在保證安全的前提下避免在振動(dòng)區(qū)工作。其次，水力發(fā)電廠中，會因?yàn)樘厥馓鞖?，特殊條件致使水輪機(jī)組的振動(dòng)頻率瞬間增大，但相對于長期固定的振蕩問題來說并不是主要問題。

b導(dǎo)致水輪機(jī)振動(dòng)的機(jī)械原因

機(jī)械振動(dòng)為因?yàn)樵O(shè)備零件的慣性力、摩擦力或者相對作用力等物理因素引起的振動(dòng)。導(dǎo)致物理振動(dòng)的原因很多，例如水輪機(jī)零件的誤差，擺度不準(zhǔn)確，中心軸線偏離中心線，轉(zhuǎn)子密度不均勻等等。因?yàn)檗D(zhuǎn)子密度的不均勻會使轉(zhuǎn)子的中軸線與中心產(chǎn)生變差，即偏心距。因?yàn)槊芏确峙洳痪鶆?，?dǎo)致轉(zhuǎn)子在高速度旋轉(zhuǎn)時(shí)，慣性力不穩(wěn)，軸中心線偏離重心，產(chǎn)生回旋，且撓度隨著旋轉(zhuǎn)速度的增大而增大。

就目前我們的水力發(fā)電廠而言，旋轉(zhuǎn)水輪機(jī)磁軛高度一般長于轉(zhuǎn)子半徑的2/3，所以更容易產(chǎn)生很大的力偶，力偶和轉(zhuǎn)子密度分布不均勻均可以進(jìn)行平衡測試來更換轉(zhuǎn)子來解決由水力因素產(chǎn)生的水輪機(jī)組的振動(dòng)。水輪機(jī)組軸線偏離將導(dǎo)致弓形回旋。因?yàn)檗D(zhuǎn)子的密度分布不均勻，其旋轉(zhuǎn)中心與重心不重合，在水輪機(jī)正常工作時(shí)會造成不同方向傳播的振動(dòng)，因此產(chǎn)生的弓形回旋對水輪機(jī)組的各個(gè)零件均產(chǎn)生不同程度上的損壞，同時(shí)是離心力變大，同樣會導(dǎo)致水輪機(jī)組的振動(dòng)。從不斷的觀察及研究的結(jié)果來看，使用年份越長、出現(xiàn)問題不及時(shí)修復(fù)的、擺度過大等原因均會出現(xiàn)上述的情況。

綜合水輪機(jī)組的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，水輪機(jī)組的軸線偏離、歪曲、不正等等變現(xiàn)為對絕緣板的作用力使其在組合面出斷裂，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的軸線慣性力產(chǎn)生一個(gè)不正常的力矩及力偶。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，不正常力矩隨其旋轉(zhuǎn)，因此各承接力矩的外力為慣性力，各種頻率接近同步，由此導(dǎo)致各處承接力矩也發(fā)生振動(dòng)。軸線偏離也因此成為了產(chǎn)生振動(dòng)的主要因素。為了避免以上機(jī)械原因產(chǎn)生的振動(dòng)，糾正轉(zhuǎn)子的中軸線成為了首要的任務(wù)，因此一般的轉(zhuǎn)子的傾斜度的誤差要在0.02mm以內(nèi)。有了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，工作人員可以定期對水輪機(jī)的零件進(jìn)行定期檢修，并且更換掉因?yàn)楣ぷ鞫环蠘?biāo)準(zhǔn)的各部分零件以保證水輪機(jī)組的正常使用，同時(shí)避免了水輪機(jī)組的振動(dòng)。

水輪機(jī)組的重要零件振動(dòng)也是產(chǎn)生水輪機(jī)組振動(dòng)的主要因素，重要零件即使是有一點(diǎn)的不符合標(biāo)準(zhǔn)，都會對水輪機(jī)組的各個(gè)重要零件形成巨大的影響，重要零件容易產(chǎn)生的問題如下：中心線偏離重心，軸承缺損，軸承縫隙不標(biāo)準(zhǔn)等。中軸線偏離可能由螺栓松動(dòng)引起的。軸承磨損松動(dòng)潤滑不足等也會引起軸承的缺損同時(shí)引其水輪機(jī)組而振動(dòng)。在對金安橋水力發(fā)電站進(jìn)行測量時(shí)，就發(fā)現(xiàn)了以上問題，并及時(shí)做事了更改措施。

c導(dǎo)致水輪機(jī)振動(dòng)的電磁原因

導(dǎo)致振動(dòng)的電磁原因即在振動(dòng)時(shí)有電磁機(jī)械產(chǎn)生的一些電磁力引起的水輪機(jī)組的振動(dòng)。導(dǎo)致水輪機(jī)組的電磁振動(dòng)的因素有很多，例如轉(zhuǎn)子布線短路、定子內(nèi)部電子通道紊亂、各部件的空氣流動(dòng)不固定等。上述問題均會引起水輪機(jī)組的電磁路線左右不等，甚至因?yàn)殡姶帕Σ黄胶庠斐伤啓C(jī)組的振動(dòng)。

轉(zhuǎn)子空氣流動(dòng)不固定可以歸為兩種類型：靜態(tài)不固定、動(dòng)態(tài)不固定?？諝饬鲃?dòng)靜態(tài)不固定即為水輪機(jī)組重心偏離轉(zhuǎn)子的中軸線，定子與轉(zhuǎn)子的空氣流動(dòng)亦產(chǎn)生偏離。但偏心值超出了一定的誤差范圍會對水輪機(jī)組空氣流動(dòng)形成一種無形的作用力，通常狀況下，偏心值的允許誤差范圍為空氣縫隙的10%?？諝饬鲃?dòng)動(dòng)態(tài)不固定是因?yàn)樗啓C(jī)轉(zhuǎn)子的中軸線偏離重心而產(chǎn)生的弓形回旋而導(dǎo)致的。弓形回旋產(chǎn)生的偏離作用力將會因?yàn)檗D(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)發(fā)生固定時(shí)間固定歸集的旋轉(zhuǎn)周期，偏離作用力在周期性產(chǎn)生時(shí)自然而然的產(chǎn)生了水輪機(jī)組的振動(dòng)。不得不說的一點(diǎn)就是，在外界例如自然天氣變化的形象下也會因?yàn)殡姶帕Χa(chǎn)生水輪機(jī)組的振動(dòng)，這一點(diǎn)由簡單的電磁學(xué)就可以輕松解釋。

綜上所述，種種原因?qū)е碌乃啓C(jī)組的振動(dòng)會對水輪機(jī)組甚至水力發(fā)電廠損壞嚴(yán)重。因此我們在進(jìn)行金安橋水電廠的振動(dòng)故障分析時(shí)，進(jìn)一步對水輪機(jī)內(nèi)部零件進(jìn)行了勘察，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子承接處受損，磁極鍵位異常，螺栓異位等由水輪機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的種種問題。如果在日常工作中我們可以對水輪機(jī)組進(jìn)行定期的勘察檢修來發(fā)現(xiàn)并更正，會避免很多由于水輪機(jī)組振動(dòng)而產(chǎn)生的危害。

總結(jié)

通過上述淺析，水輪機(jī)組振動(dòng)的問題發(fā)現(xiàn)，解決及改善更新是目前我國水電工程需要攻破的首要任務(wù)。在水電工程中準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)水電廠水輪機(jī)振動(dòng)區(qū)域才可以保證水電廠的安全與工作人員的安全。

參考：

［1］陳錫洲.水力發(fā)電廠水輪機(jī)振動(dòng)異常故障分析和處理［J］.通訊世界，2015，（15）:130-130，131.

［2］馮源，葛新峰，潘天航等.基于小波變換的水電機(jī)組振動(dòng)故障分析和特征提取［J］.云南電力技術(shù)，2014，（6）:1-4.

［3］丁暉慶，鄧益新.貫流式水輪機(jī)導(dǎo)軸承徑向水平振動(dòng)分析及處理措施探討［J］.大電機(jī)技術(shù)，2015，（3）:48-49，53.

［4］任紹成，蔣光斌，姜明利等.紅花電站2號機(jī)組水導(dǎo)振動(dòng)分析及處理［J］.水電站機(jī)電技術(shù)，2015，（3）:49-51.

楊正暉（1976—），男，陜西省渭南市人，工作單位：新疆烏魯瓦提水利樞紐管理局，職務(wù)：發(fā)電部主任，研究方向：水力機(jī)械。