摘 要：水輪發(fā)動機(jī)組振動有諸多原因以及危害。由于破壞了轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)和固定導(dǎo)葉，這種振動現(xiàn)象會威脅水電站運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性，降低水電站的經(jīng)濟(jì)效益。文章闡述了水輪發(fā)電機(jī)組原理、原因以及危害等問題，為了提高機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行延長機(jī)組使用壽命，我們要減少水輪發(fā)電機(jī)組振動這種現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組振動；原理；振動；危害

1 概述

隨著社會的發(fā)展，水利工程對人們的生活至關(guān)重要，我們應(yīng)該采取有效措施保障水利工程項目內(nèi)部機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)行。為了提高水輪發(fā)電機(jī)組的穩(wěn)定性，對水輪發(fā)電機(jī)組振動進(jìn)行分析與研究。

2 水輪發(fā)電機(jī)組振動原理

在機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，在水輪機(jī)作為其原動力的前提下，水能的作用能夠直接有效激發(fā)水輪發(fā)電機(jī)組振動，還能夠間接維持機(jī)組振動。流體、機(jī)械、電磁三者是相互影響相互作用的，由于氣隙在不對稱的狀態(tài)下，由于發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子之間的磁拉力不平衡的情況，當(dāng)流體激起機(jī)組轉(zhuǎn)動部分振動時會造成機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的振動，而發(fā)電機(jī)的磁場和水輪機(jī)的水流流場也會受到轉(zhuǎn)動部分的運(yùn)動狀態(tài)的影響。

3 關(guān)于水輪發(fā)電機(jī)組振動的原因

3.1 機(jī)械原因

（1）機(jī)組軸線不同心。因為軸心線受到水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸不同心的現(xiàn)象導(dǎo)致不正，因此出現(xiàn)振動，造成機(jī)械故障。它的主要振動特征1倍頻和2倍頻為徑向振動的主要頻率；2倍頻分量與軸系不對中成正比，2倍頻分量比例越大，軸系不對中越的現(xiàn)象越顯著，一般會超過1倍頻分量。

（2）不平衡的轉(zhuǎn)子質(zhì)量。水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡是是旋轉(zhuǎn)機(jī)械最常見的故障，也是導(dǎo)致機(jī)組振動的常見原因之一。其轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡振動現(xiàn)象表現(xiàn)有三點(diǎn)：隨著轉(zhuǎn)速增加振動頻率也隨之增加；以圓或橢圓為軸心軌跡；以轉(zhuǎn)頻為主要振動頻率。

（3）軸承缺陷。引起發(fā)生干摩擦的原因：導(dǎo)軸間隙過大、松動、潤滑不好，或軸承與固定止漏環(huán)軸線不正等，這些因素都會使機(jī)組橫向振動。為了解決機(jī)械原因引起的振動等問題不影響精密度和相對同心度的降低，需要利用動平衡來調(diào)節(jié)軸瓦間隙和軸線等。

3.2 水力因素

（1）尾水管出現(xiàn)低頻水壓脈動。水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪在未設(shè)定的工作情況下，在出口處形成脫流旋渦、旋轉(zhuǎn)水流和汽蝕等現(xiàn)象，因為在尾水管內(nèi)出現(xiàn)大渦帶后，渦帶在管內(nèi)以接近于固定的頻率轉(zhuǎn)動，將會在尾水管內(nèi)造成水壓脈動。一但管內(nèi)水流發(fā)生流動，壓力脈動就會導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪、尾水管壁、壓力管道、蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的振動。

（2）水力不平衡。因為正常水流受到塊狀物體卡在轉(zhuǎn)輪葉片之間或較軟的粗麻繩、橡膠帶纏住轉(zhuǎn)輪葉片的阻礙，使水力造成不平衡，產(chǎn)生引起機(jī)組振動。通過蝸殼的作用使具有動能和位能的水流形成環(huán)流，引起轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。在安裝和加工誤差等因素以及流道的外觀形狀和導(dǎo)水葉的葉片的尺寸相差很大時，其橫向力會受到轉(zhuǎn)輪的水流不再軸對稱的影響產(chǎn)生不平衡，因此在低負(fù)荷或空載運(yùn)行時將出現(xiàn)十分強(qiáng)烈的轉(zhuǎn)輪振動。

（3）卡門渦列。機(jī)組振動也會受到轉(zhuǎn)輪葉片出口處所形成卡門渦列的影響。如圖1所示，卡門渦列與翼型的尾部形狀以及流體的速度有密切關(guān)系，所以卡門渦列的振動幅度越大，表示其流量越大。

（4）空腔汽蝕。設(shè)計時要保證在最優(yōu)工況區(qū)及附近不發(fā)生嚴(yán)重汽蝕，因為水輪機(jī)汽蝕與水輪機(jī)運(yùn)行條件有密切聯(lián)系。然而機(jī)組運(yùn)行中，當(dāng)系統(tǒng)要求在偏離最優(yōu)工況區(qū)運(yùn)行時，使轉(zhuǎn)輪的出流條件發(fā)生極大變化，機(jī)組振動受到汽蝕在不同程度上加嚴(yán)重增加的影響。它的振動有三個特征：尾水管壓力脈動大、尾水管進(jìn)人孔門處噪聲大、機(jī)組在某負(fù)荷工況下振動大，其振頻為高頻。

3.3 電氣因素

（1）定子鐵心疊片出現(xiàn)松動。在定子鐵心疊加安裝時，由于鐵心壓緊螺桿將會出現(xiàn)一定的緊靠力，然而長時間工作中，因為振動和溫度的變化，鐵心松動會受到螺桿壓緊時出現(xiàn)的一些塑形變形而緊靠力降低或者螺母稍微松動以及鐵心沖片出現(xiàn)絕緣老化收縮的情況的影響。鐵心松動會造成振動，同時振動也會加快鐵心松動。其振動頻率是100赫茲。

（2）氣隙不均勻。電力和機(jī)械力的結(jié)合點(diǎn)是氣隙，發(fā)電機(jī)組振動會受到發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子間氣息不均勻在定子上產(chǎn)生單邊磁拉力的影響。在發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子有擺度或不圓時，就會有不均勻的空氣間隙產(chǎn)生，因此會產(chǎn)生磁拉力在單邊不平衡的現(xiàn)象，同時轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)會引起空氣間隙沿著圓周做周期性移動，出現(xiàn)的單邊不平衡磁拉力將會引起機(jī)組振動。它的振動特點(diǎn)：振幅隨發(fā)電機(jī)出力以及勵磁電流的增加而增加，振動頻率為轉(zhuǎn)頻。

（3）定子繞組固定結(jié)構(gòu)松動。把定子線棒用槽楔固定在槽中，有時線棒出現(xiàn)槽楔脫落，齒端鐵片斷裂的現(xiàn)象，是因為在長時間運(yùn)行中，因為振動不斷地摩擦，槽楔一般會容易松動，線棒將會出現(xiàn)壓不緊的情況。

（4）不對稱的三相負(fù)荷。繞組產(chǎn)生的轉(zhuǎn)子磁場在定子不對稱的三相負(fù)荷情況下與負(fù)序磁場同步在2倍轉(zhuǎn)速下，兩者相互影響，交變電磁轉(zhuǎn)矩作用于轉(zhuǎn)子、定子、機(jī)座和鐵心上，引起機(jī)組振動，同時產(chǎn)生倍頻。它的主要振動頻率為100赫茲。

（5）轉(zhuǎn)子磁極出現(xiàn)松動。機(jī)組在靜止的情況下檢測發(fā)電機(jī)大小間隙、定轉(zhuǎn)子氣隙是否分布均勻，規(guī)范設(shè)計氣隙在要求范圍內(nèi)，氣隙值比平均值范圍在正負(fù)百分之十，此時如果轉(zhuǎn)子磁極繼續(xù)出現(xiàn)松動并且造成機(jī)組運(yùn)行過程中出現(xiàn)氣隙不均勻的情況，是因為機(jī)組在工作過程中產(chǎn)生不平衡的磁拉力現(xiàn)象的振動，在這種工作狀態(tài)下，產(chǎn)生位置不斷變化的氣隙不均勻。

4 水輪發(fā)電機(jī)組振動的危害

振動對機(jī)組安全的危害在于：由于尾水管出現(xiàn)低頻壓力脈動，尾水管壁將出現(xiàn)裂縫，當(dāng)發(fā)電機(jī)的自振頻率與尾水管低頻壓力脈動的頻率兩者接近時，出現(xiàn)共振，機(jī)組此時會產(chǎn)生大幅度波動，以致于機(jī)組從電力系統(tǒng)中分解，嚴(yán)重地危害正在受益的建筑物。當(dāng)機(jī)組各連接部件出現(xiàn)松動，部件之間出現(xiàn)摩擦的情況，將導(dǎo)致焊縫和零部件的過度疲勞、加大裂縫的深度甚至嚴(yán)重時將會斷裂。

5 結(jié)束語

水電站的核心組成部分是水輪發(fā)電機(jī)組。引起其振動因素很多，主要包括：機(jī)械因素、水力因素、電氣因素，研究這三種因素的主要特征，分析水輪發(fā)電機(jī)組振動原因，確定振動位置，采取有效的解決措施切實地解決機(jī)組振動問題，使水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性得到提高，給整個水電站的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行效益。

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作者簡介：馬駿華（1966，6-），男，民族：壯族，籍貫：廣西德?？h，學(xué)歷：大專，職稱：工程師，現(xiàn)工作或?qū)W習(xí)單位：廣西麻石水力發(fā)電廠，研究方向：水電站水輪機(jī)、調(diào)速機(jī)。