陳禮強(qiáng)

摘 要：本文以軸流式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組為例，主要介紹了引起機(jī)組異常振動(dòng)的振源類(lèi)型、特征、危害以及振動(dòng)規(guī)律等，先不考慮機(jī)組設(shè)計(jì)制造和安裝檢修質(zhì)量問(wèn)題引起的異常振動(dòng)，對(duì)正常運(yùn)行中的機(jī)組出現(xiàn)異常振動(dòng)，經(jīng)分析、判斷，采取措施消除振源或采取有效措施減小振動(dòng)，并簡(jiǎn)略地介紹了防范機(jī)組設(shè)計(jì)制造和安裝檢修質(zhì)量問(wèn)題引起異常振動(dòng)的有效措施，其振源的查找和消除方法。

關(guān)鍵詞：異常振動(dòng)；振源；平衡；軸線(xiàn)；擺度

中圖分類(lèi)號(hào)：TM732 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、引言

我們知道水輪發(fā)電機(jī)組和其它機(jī)器設(shè)備一樣，其在運(yùn)轉(zhuǎn)中的振動(dòng)是一種普遍存在的，不可能完全避免和消除的現(xiàn)象。只要將振動(dòng)限制在允許的范圍內(nèi)，它對(duì)機(jī)組本身及其工作并無(wú)妨害。但是當(dāng)振動(dòng)超過(guò)一定限度時(shí)，尤其是長(zhǎng)期的周期振動(dòng)及振動(dòng)過(guò)大時(shí)，對(duì)機(jī)組設(shè)備本身及對(duì)周?chē)慕ㄖ锷踔翆?duì)整個(gè)水電站的運(yùn)行都會(huì)帶來(lái)很大的危害。振源很復(fù)雜，常常是多種因素作用的結(jié)果，通常是水力、機(jī)械、電磁的共同作用且相互影響，一般有受迫振動(dòng)和自激振動(dòng)，其中有迫振和共振，倍頻共振和自激振動(dòng)，甚至個(gè)別或部位又有耦聯(lián)振動(dòng)。因此要消除引起機(jī)組異常振動(dòng)的振源，必須充分了解引起機(jī)組異常振動(dòng)的因素、特征、危害、振動(dòng)規(guī)律，機(jī)組正常運(yùn)行的振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)等，用積累的工作經(jīng)驗(yàn)，借助振動(dòng)的測(cè)試、監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)，綜合分析，判斷引起機(jī)組異常振動(dòng)的原因及危害程度，準(zhǔn)確、迅速地做出相應(yīng)的處理，并為檢修消除振源提供第一手技術(shù)資料，常常會(huì)起到事半功倍的作用，確保機(jī)組安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本文以軸流式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組為例，介紹機(jī)組異常振動(dòng)的處理方法，并簡(jiǎn)略地介紹了防范機(jī)組設(shè)計(jì)制造和安裝檢修質(zhì)量問(wèn)題引起異常振動(dòng)的有效措施，其振源的查找和消除方法。

二、機(jī)組異常振動(dòng)的原因及其危害

1 機(jī)組異常振動(dòng)的原因

根據(jù)振源的不同，可分為水力、機(jī)械、電磁等三種類(lèi)型。三種不同振源所引起的不同振動(dòng)應(yīng)充分了解，這是迅速、準(zhǔn)確地處理機(jī)組異常振動(dòng)的前提。

（1）水力因素

水力不平衡引起的振動(dòng)。卡門(mén)渦列引起的振動(dòng)。尾水管渦帶引起的振動(dòng)。尾水管中空腔壓力脈動(dòng)。軸流式水輪機(jī)葉片振動(dòng)，導(dǎo)葉開(kāi)度的變化，當(dāng)開(kāi)度減小到一定程度，葉片表面脫流或空化引起葉片振動(dòng)和機(jī)組振動(dòng)，實(shí)際運(yùn)行中須考慮這一問(wèn)題。導(dǎo)葉數(shù)和轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)不匹配引起的壓力脈動(dòng)。

（2）機(jī)械因素

機(jī)組軸線(xiàn)不正或?qū)χ胁涣?；轉(zhuǎn)動(dòng)部件質(zhì)量不平衡；導(dǎo)軸承缺陷；主軸密封調(diào)整不當(dāng)；靜板不平或推力瓦不水平；推力頭松動(dòng)；導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整不當(dāng)；轉(zhuǎn)子振擺。

（3）電磁因素

發(fā)電機(jī)組氣隙不均勻；負(fù)序電流引起的反轉(zhuǎn)磁勢(shì)；定子不圓，機(jī)座合縫不好；定子鐵芯鐵片松動(dòng)；轉(zhuǎn)子匝間短路。

2 機(jī)組異常振動(dòng)的危害

（1）引起機(jī)組零部件金屬焊縫中疲勞破壞區(qū)的形成和擴(kuò)大，以至斷裂損壞而報(bào)廢。

（2）使機(jī)組各部位緊固連接部件松動(dòng)，導(dǎo)致這些緊固連接部件本身的斷裂，加劇被連接部分的振動(dòng)，促使它們迅速損壞。

（3）加速機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件的磨損，如大軸的劇烈的擺動(dòng)，使軸與軸瓦的溫度升高，使軸承或軸瓦燒毀；轉(zhuǎn)子振動(dòng)過(guò)大，增加滑環(huán)與碳刷的磨損，使碳刷跳火花。

（4）尾水管中水流脈動(dòng)壓力可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重的可使整塊鋼板剝落。

（5）共振引起的后果更嚴(yán)重。如機(jī)組設(shè)備和廠(chǎng)房產(chǎn)生共振時(shí)可使整個(gè)設(shè)備和廠(chǎng)房毀壞；卡門(mén)渦列引起葉片的周期振動(dòng)，當(dāng)卡門(mén)渦列的振動(dòng)頻率與葉片固有頻率接近時(shí)就會(huì)發(fā)生共振，將產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音，使葉片產(chǎn)生疲勞斷裂。

三、水輪發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)處理方法

以上我們可以看到水輪發(fā)電機(jī)組異常振動(dòng)的原因很多，異常振動(dòng)的危害很大，在眾多、復(fù)雜的因素中，根據(jù)多年的工作經(jīng)驗(yàn)，用聽(tīng)、看、感等方法及運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)確、迅速的判定異常振動(dòng)的部位及其危害程度，果斷采取措施消除振源或采取有效措施減小振動(dòng)。

1 振源為機(jī)械因素

1.1 機(jī)組上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承、推力軸承因長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行或因事故甩負(fù)荷造成一塊或幾塊松動(dòng)，軸承間隙過(guò)大引起機(jī)組異常振動(dòng)。

（1）其振動(dòng)的特征

如果機(jī)組上或下或水導(dǎo)軸承或推力軸承異常振動(dòng)，其振動(dòng)聲響發(fā)出的部位在相應(yīng)的軸承部位，松動(dòng)程度越大（及間隙越大）所發(fā)出的振動(dòng)聲響越大，同時(shí)上機(jī)架或頂蓋振動(dòng)加劇，其水平振動(dòng)或垂直振動(dòng)超過(guò)允許值，機(jī)組上導(dǎo)或下導(dǎo)或水導(dǎo)軸承的擺度可能超過(guò)允許值；機(jī)組上導(dǎo)或下導(dǎo)或水導(dǎo)軸承溫度可能上升；有可能因軸承擺度過(guò)大，定子與轉(zhuǎn)子間隙不均，引起電磁振動(dòng)，使機(jī)組振動(dòng)加劇。這種情況應(yīng)當(dāng)及時(shí)停機(jī)處理。曾經(jīng)發(fā)生過(guò)因處理不及時(shí)，燒導(dǎo)軸瓦或推力瓦，抗重螺栓被打斷，軸承被損壞的事故，甚至可能引起定子和轉(zhuǎn)子摩擦，而造成定子和轉(zhuǎn)子不同程度的損壞。

（2）處理

立即停機(jī)，做好安全措施，根據(jù)機(jī)組異常振動(dòng)特征，檢查上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承，推力軸承，定、轉(zhuǎn)子間隙情況，如果僅僅是上導(dǎo)或下導(dǎo)或水導(dǎo)一塊軸瓦松動(dòng)，其它均正常，可以只調(diào)整上導(dǎo)或下導(dǎo)或水導(dǎo)軸瓦。如果定、轉(zhuǎn)子間隙不均勻，轉(zhuǎn)子中心移位，須從新調(diào)整轉(zhuǎn)子中心，并調(diào)整上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸瓦以及推力軸承。

（3）處理完畢，然后開(kāi)機(jī)試運(yùn)行，先將機(jī)組空轉(zhuǎn)，檢查機(jī)組有無(wú)異常振動(dòng)；正常后，加勵(lì)磁，檢查機(jī)組有無(wú)異常振動(dòng)，無(wú)異常，逐漸帶上負(fù)荷，檢查機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行情況，無(wú)異常，帶滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行。

2 振源為水力因素

2.1 導(dǎo)葉開(kāi)度不均，剪斷銷(xiāo)剪斷，蝸殼有渣滓等因素會(huì)造成水力不平衡引起機(jī)組異常振動(dòng)。其振動(dòng)的特征：振動(dòng)聲從轉(zhuǎn)輪室發(fā)出，水導(dǎo)軸承的擺度超過(guò)允許值，水機(jī)室振感較大，頂蓋的水平振幅超過(guò)允許值。

處理：

檢查導(dǎo)葉開(kāi)度是否一致。如果是導(dǎo)葉開(kāi)度不一至引起的異常振動(dòng)，應(yīng)停機(jī)處理，做好安全措施，關(guān)閉前池閘門(mén)，有尾水閘門(mén)的應(yīng)關(guān)閉，若必須打開(kāi)進(jìn)人孔才能調(diào)整（注意漲洪水時(shí)尾水過(guò)高，此時(shí)不能打開(kāi)進(jìn)人孔），特別應(yīng)注意進(jìn)入渦殼作業(yè)人員與水機(jī)層作業(yè)人員相互配合好。導(dǎo)葉開(kāi)度調(diào)整好后，還應(yīng)全面檢查上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承情況，如有異常必須處理好后，才能開(kāi)機(jī)試運(yùn)行， 開(kāi)機(jī)試運(yùn)行方法同1.13。如果是剪斷銷(xiāo)剪斷引起，按各廠(chǎng)規(guī)程處理。如果是蝸殼進(jìn)入渣滓引起的，應(yīng)停機(jī)處理，做好安全措施，關(guān)閉前池閘門(mén)，有尾水閘門(mén)的應(yīng)關(guān)閉，打開(kāi)進(jìn)人孔（注意漲洪水時(shí)尾水過(guò)高，此時(shí)不能打開(kāi)進(jìn)人孔），進(jìn)入渦殼清理渣滓，同樣在處理好后，應(yīng)全面檢查上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承情況，如有異常必須處理好后，然后開(kāi)機(jī)試運(yùn)行，開(kāi)機(jī)試運(yùn)行方法同1.13。

2.2 調(diào)速器溜負(fù)荷，自動(dòng)關(guān)到某一開(kāi)度，前池渣滓太多，前池水位太低，轉(zhuǎn)輪泄水錐脫落等原因，造成尾水管渦帶、尾水管中空腔壓力脈動(dòng)引起機(jī)組異常振動(dòng)。

處理：

如果是調(diào)速器溜負(fù)荷引起的，應(yīng)迅速調(diào)整開(kāi)度，避開(kāi)振動(dòng)區(qū)運(yùn)行，同時(shí)檢查機(jī)組振動(dòng)情況，如頂蓋水平或垂直振動(dòng)值仍然超過(guò)允許值，應(yīng)停機(jī)處理。做好安全措施，檢查上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承，推力軸承，定、轉(zhuǎn)子間隙情況，如果定、轉(zhuǎn)子間隙不均勻，轉(zhuǎn)子中心移位，須從新調(diào)整轉(zhuǎn)子中心，并調(diào)整上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸瓦以及推力軸承。處理完畢，然后開(kāi)機(jī)試運(yùn)行，開(kāi)機(jī)試運(yùn)行方法同1.13。如果是前池渣滓太多引起，應(yīng)停機(jī)撈渣，然后開(kāi)機(jī)試運(yùn)行，如頂蓋水平或垂直振動(dòng)值仍然超過(guò)允許值，應(yīng)停機(jī)處理，處理方法同調(diào)速器溜負(fù)荷一樣。如果是前池水位太低引起，立即停機(jī)，等待水位升高再開(kāi)機(jī)運(yùn)行。如果非上述幾種情況，那就應(yīng)考慮是否轉(zhuǎn)輪泄水錐脫落引起，其特征是在相同水位下，發(fā)電機(jī)負(fù)荷有所減小，空轉(zhuǎn)振動(dòng)仍然很大，這時(shí)應(yīng)停機(jī)檢查。做好安全措施，進(jìn)入轉(zhuǎn)輪室檢查水輪機(jī)泄水錐是否脫落。

3 振源為電磁因素

3.1 轉(zhuǎn)子繞組短路或轉(zhuǎn)子鐵芯松動(dòng)引起機(jī)組異常振動(dòng)

（1）其振動(dòng)的特征

啟勵(lì)時(shí)，就發(fā)生振動(dòng)，勵(lì)磁電流增大，振動(dòng)幅值隨之增大，去掉勵(lì)磁，振動(dòng)隨即消失。

（2）處理

停機(jī)，做好安全措施，檢查轉(zhuǎn)子線(xiàn)圈和鐵芯。處理好后，才能開(kāi)機(jī)試運(yùn)行，開(kāi)機(jī)試運(yùn)行方法同1.13。

3.2 定子鐵芯鐵片松動(dòng)引起機(jī)組異常振動(dòng)

（1）其振動(dòng)的特征

有時(shí)發(fā)出“嗡”或“吱”的電磁噪音，定子鐵芯溫度升高，定子切向、經(jīng)向振幅出現(xiàn)50Hz或100Hz的頻率，去掉勵(lì)磁，振動(dòng)隨即消失。

（2）處理

停機(jī)，做好安全措施，檢查定子鐵芯，加大鐵芯壓力，壓緊鐵芯。處理好后，才能開(kāi)機(jī)試運(yùn)行， 開(kāi)機(jī)試運(yùn)行方法同1.13。

結(jié)論

水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中出現(xiàn)異常振動(dòng)是不可避免的，掌握引起機(jī)組異常振動(dòng)的振源的類(lèi)型、特征、危害以及振動(dòng)規(guī)律等，對(duì)機(jī)組不同的異常振動(dòng)進(jìn)行分析、判斷，迅速、準(zhǔn)確地消除引起機(jī)組異常振動(dòng)的振源或采取有效措施減小振動(dòng)，確保機(jī)組安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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