王敏

（四川華電雜谷腦水電開發(fā)有限責(zé)任公司，四川 成都 610039）

在高原環(huán)境下，由于氣壓溫度與平原地區(qū)有一定差異。雜谷腦河流域的立式混流式水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行中，水流從轉(zhuǎn)輪四周橫向進(jìn)入。然后，在中心泄水錐軸向流出。所以我們的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)我們的工作部位的水流情況就比較復(fù)雜，這樣必然會帶來液體壓力里的擾動。除了水流的變化，我們的設(shè)備在制作過程中也純在誤差。例如，一個(gè)軸的同心度的控制、一個(gè)軸承的同心度的控制。其次，在按照過程中各個(gè)部件同心度的不斷公差累計(jì)最終會獲得更大的偏差。這樣就會使設(shè)備在運(yùn)行過程中首先會出現(xiàn)機(jī)械振動，其次電磁振動隨之而來。當(dāng)混流式水輪機(jī)組設(shè)備始終處于一個(gè)振動較大的情況下，只會讓我們的設(shè)備的部件產(chǎn)生疲勞損壞，慢慢地出現(xiàn)裂紋從而最終產(chǎn)生斷裂。這樣肯定是要影響我們的水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行最終參數(shù)不可逆轉(zhuǎn)的損傷。

1 混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動危害

高原環(huán)境下我們的氣溫氣壓與平原有一定差距晝夜氣溫變化大，當(dāng)我們常見的水、油、氣發(fā)現(xiàn)泄漏時(shí)，一般都離不開我們設(shè)備的長期振動超過我們預(yù)先設(shè)計(jì)的情況。大部分部件的預(yù)緊力在振動較大的情況下先是變小最后消失。所以，水、油、氣泄漏必然給水輪機(jī)的正常運(yùn)行帶來困難。當(dāng)三漏問題出現(xiàn)后，必然帶來更多的震動源。我們的機(jī)組很多部件受力薄弱的位置在長時(shí)間的震動過程中，尤其是本身材料有內(nèi)應(yīng)力的情況下，不斷產(chǎn)生一定的裂紋。例如，設(shè)備的轉(zhuǎn)子長臂有焊接的部位、機(jī)架尤其是承重用的機(jī)架焊接部分。各個(gè)管道的連接法蘭部分，還有就是維修后的焊接部分都是具有風(fēng)險(xiǎn)的部位。以上所描述的各部焊接與連接部分如果震動加大裂紋加大那必然給我們設(shè)備的運(yùn)行不斷增加安全隱患。在我們高原環(huán)境先整體氣壓低，水輪機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)輪室內(nèi)水的壓力變化肯定會產(chǎn)生并溶解氣體出來。當(dāng)氣泡潰滅后我們的轉(zhuǎn)輪以及尾水管肯定受到?jīng)_擊。同時(shí)，氣蝕也會對我們的金屬表面形成傷害，當(dāng)傷害達(dá)到一定程度后，我們設(shè)備強(qiáng)度就發(fā)生了變化了。這樣就更容易產(chǎn)生裂紋與斷裂的現(xiàn)場產(chǎn)生。

還有就是我們的設(shè)計(jì)過程中一些部件的模態(tài)震動分析可能是基于一般條件設(shè)計(jì)的，但是在高原環(huán)境下可能會發(fā)生變化震動的給一些部件帶來了共振導(dǎo)致一些部件的損壞，從而在安全與經(jīng)濟(jì)上給電站帶來損失。

2 混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動原因及其特點(diǎn)

正常情況下，我們設(shè)備振動來自于三個(gè)方面：機(jī)械振動源、電磁振動源、水力脈動。三個(gè)方面均屬性復(fù)雜原因。我們將進(jìn)一步分析。

2.1 由于機(jī)械有發(fā)的原因

設(shè)備在運(yùn)行過程中，各種環(huán)境條件都在變化，河水泥沙木塊等大量不確定因素都會因?yàn)闅馕g、磨損等一系列原因?qū)е罗D(zhuǎn)輪葉片局部材料受損脫落。這樣原本的動平衡就逐漸偏差變大。還有一種就是維修過程中對部分位置進(jìn)行焊接加工等各種過程中都會導(dǎo)致原有動平衡的破壞。那這樣帶來的后果就是進(jìn)一步讓同心度變大振動加強(qiáng)。偏心力矩，該偏心力矩引起機(jī)組軸線擺動，導(dǎo)致機(jī)組振動加大。還有一種情況就是機(jī)組的軸線與推力軸承的鏡面板的法相方向存在夾角，這樣鏈接法蘭就會受到一個(gè)彎矩。當(dāng)軸承與固定的止漏環(huán)不是均勻受力的情況下我們的機(jī)組徑向振動就會發(fā)生。所以按照過程中會去調(diào)整推力軸承的位置這個(gè)時(shí)候軸承的彈性油箱的受力就會出現(xiàn)不均勻。推力軸承的法相發(fā)生變化那么推力板也會發(fā)生變化。機(jī)組在輪動過程中就會直接出現(xiàn)軸線偏差變大情況發(fā)生。這時(shí)我們的轉(zhuǎn)子就會和固定部件發(fā)生碰撞這些碰撞主要發(fā)生在轉(zhuǎn)子與止漏環(huán)上。這樣我們的機(jī)架在振動過程中又會出現(xiàn)緊固部件的松動。

2.2 電磁振動的原因分析

電磁振動第一會發(fā)生在由于轉(zhuǎn)動部件上文中提到的原因由于受力不平衡導(dǎo)致振動，這樣電磁力也就發(fā)生了變化。主要特征表現(xiàn)為當(dāng)振動變大時(shí)，勵磁電流也就加大了，機(jī)架振動也變大了。然后，發(fā)電機(jī)本身繞組會產(chǎn)生磁場，這個(gè)時(shí)候特殊的諧波是不可避免的存在，這個(gè)時(shí)候就會產(chǎn)生振動，從而體現(xiàn)在機(jī)架上。還有就是定子一般都是鐵芯組合在以前在振動環(huán)境中長時(shí)間就會出現(xiàn)一定的松動，這時(shí)，帶來振動可能就是電流頻率的二倍。同時(shí)繞組也能固定的不牢固這樣電器的負(fù)載與電磁負(fù)荷一起作用我們的機(jī)架統(tǒng)一也會發(fā)生振動。第四由于碳刷在使用過程中的磨損出現(xiàn)的接觸不均勻等，同樣也會帶來振動這個(gè)方面的表現(xiàn)呈現(xiàn)的規(guī)律性仍處于研究中。

2.3 水力振動的原因

當(dāng)河水進(jìn)入到設(shè)備的內(nèi)通過導(dǎo)葉、進(jìn)入流道蝸殼那必然會引起水流的渦流現(xiàn)象發(fā)生，當(dāng)渦流發(fā)生后必然會讓機(jī)組發(fā)生振動。由蝸殼中的不均勻流場而產(chǎn)生的振動，其振動頻率就是與我們的轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)Z 及其轉(zhuǎn)速每分鐘n 有關(guān)。這種振動一般為中頻振動。但是當(dāng)這個(gè)振動讓其他部件發(fā)生振動是就會引起共振現(xiàn)象。首先尾壓力脈動是由水管中水流渦帶誘發(fā)的從而所引起的的水輪機(jī)振動。當(dāng)運(yùn)行情況逐漸偏離了最優(yōu)工況后，渦帶就會出現(xiàn)在尾水管中。這時(shí)水輪開始振動同時(shí)還要一定的聲響。在30%～60%的負(fù)荷范圍內(nèi)我們渦帶帶來更多的振動。水輪的工作頻率如果和壓力脈動頻率靠近時(shí)，擺動就會發(fā)生。然后我們來學(xué)習(xí)一下卡門渦漩，當(dāng)液體流過不光滑或者流線形狀不好的障礙物后，液體就會在他尾部形成各種形狀各異的漩渦。這種現(xiàn)象就是卡門渦流。這樣的渦流十分紊亂。在它的不斷形成與消失過程中就會不斷產(chǎn)生各個(gè)方向上的振動與力的沖擊。當(dāng)這個(gè)卡門渦流的頻率與類似葉片等機(jī)械部件的固有模態(tài)頻率相似的時(shí)候就會引起設(shè)備的共振。機(jī)組的未來減少水頭的容量損失，一般會采用特殊的止漏裝置。但是止漏裝置的幾何形狀的誤差同樣會來帶所謂的迷宮振動，同時(shí)也會產(chǎn)出受力的偏差。

3 混流式水輪發(fā)電機(jī)組振動過大的問題及處理辦法

根據(jù)如上分析，針對振動變大后首先找到原因采取相應(yīng)的措施進(jìn)行補(bǔ)救。第一，軸線不正主要原因是水輪機(jī)軸和發(fā)電機(jī)軸同心度存在偏差，推力軸承的法向與推力平面的法向夾角過大。要處理如上問題需要調(diào)整軸線。需要轉(zhuǎn)動我的盤車。通過數(shù)據(jù)分析獲得軸線發(fā)生變化的位置，以及通過計(jì)算獲得我們未來要調(diào)整的量的大小與位置。一般會使用加墊調(diào)整來獲得減少軸線夾角的辦法來調(diào)整。第二，軸承也可能產(chǎn)生缺陷并且引發(fā)振動。這時(shí)就需要進(jìn)行調(diào)整。當(dāng)推力軸承出現(xiàn)問題的時(shí)候會調(diào)整軸承支柱油箱的受力，這樣轉(zhuǎn)子在彈性油箱上的受力變得均勻。如果是徑向有偏差，就只能通過調(diào)整軸承水平座來實(shí)現(xiàn)軸線夾角變小的目的。在完成以上調(diào)整后，要加強(qiáng)檢查所有緊調(diào)瓦螺栓加緊，同時(shí)加強(qiáng)防松措施。最后，就是水力的原因?qū)е抡駝?。這個(gè)時(shí)候我們只要加強(qiáng)檢修維護(hù)。當(dāng)河水情況發(fā)生較大變化后，要加強(qiáng)監(jiān)控更科學(xué)的調(diào)整設(shè)備盡量避免振動的發(fā)生。盡量避開共振強(qiáng)烈的區(qū)域。其次，水輪機(jī)非核心部件的的工作情況應(yīng)該加強(qiáng)監(jiān)控例如頂蓋排水管等輔助設(shè)備的漏水等等，都應(yīng)該及時(shí)處理減少這些輔助設(shè)備都設(shè)備帶來沖擊。對碳刷的檢查和監(jiān)控一定要到位，當(dāng)發(fā)現(xiàn)碳刷出現(xiàn)不均勻或者厚度足的時(shí)候及時(shí)進(jìn)行更換，或者作出及時(shí)的更換計(jì)劃。這些都建立在更科學(xué)的監(jiān)控要求下。

4 結(jié)語

通過分析與學(xué)習(xí)振動發(fā)生原因后，針對不同的原因采取相應(yīng)的改善辦法。在整個(gè)設(shè)備運(yùn)行過程中，影響其穩(wěn)定性的原因是很多的，同時(shí)也是比較復(fù)雜的，我們只有不斷發(fā)現(xiàn)總結(jié)才可以。例如，尾水管低頻壓力脈動的核心問題有當(dāng)今專家做了大量的研究，但是大家任然沒有做出一致性的結(jié)論。還需要我們進(jìn)一步去發(fā)現(xiàn)與研究。希望本文對大家起到啟發(fā)的作用。同時(shí)，希望電站監(jiān)控需要進(jìn)一步加強(qiáng)，從而為我們?nèi)ケ苊獠槐匾膿p壞提供更及時(shí)的信息。電站設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行除去水輪機(jī)其他方面，也應(yīng)加強(qiáng)管理與監(jiān)控。