何芙蓉

摘 要：本文從大灣二級(jí)電站#1水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)超標(biāo)的故障出發(fā)，闡述水輪發(fā)電機(jī)組常見(jiàn)振動(dòng)現(xiàn)象、振動(dòng)原因及振動(dòng)判斷方法，為水電站生產(chǎn)管理、運(yùn)行、檢修人員提供參考意見(jiàn)，以便制定出相應(yīng)的預(yù)防和消振措施。

關(guān)鍵詞：水輪發(fā)電機(jī)組 振動(dòng)原因 分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM312文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-9082（2020）06-0-01

一、概述

大灣二級(jí)電站總裝機(jī)容量為3×2096.5KW。水輪發(fā)電機(jī)組由南寧發(fā)電設(shè)備總廠生產(chǎn)，機(jī)組設(shè)有上導(dǎo)軸承、推力軸承、水導(dǎo)軸承。機(jī)組的上導(dǎo)軸承、下導(dǎo)軸承和推力軸承均采用油浸式自循環(huán)冷卻方式。

#1機(jī)組于2017年3月份開(kāi)機(jī)后，機(jī)組振動(dòng)在規(guī)定范圍之內(nèi)，連續(xù)運(yùn)行兩個(gè)月后機(jī)組徑向振動(dòng)開(kāi)始增大，最大達(dá)到65μm。8月份檢修時(shí)我們對(duì)下導(dǎo)軸承軸瓦間隙重新進(jìn)行了調(diào)整，調(diào)整后軸瓦間隙均符合檢修標(biāo)準(zhǔn)。檢修后機(jī)組在空載情況下，導(dǎo)軸承和推力軸承溫度均勻正常再次開(kāi)機(jī)運(yùn)行，機(jī)組振動(dòng)降到規(guī)定范圍之內(nèi)。運(yùn)行到9月底振動(dòng)再次升高，達(dá)到67μm。

二、水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)過(guò)大的危害

振動(dòng)是旋轉(zhuǎn)機(jī)械不可避免的現(xiàn)象，若能將其振幅限制在允許范圍內(nèi)，就能確保機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行。但較大振動(dòng)對(duì)機(jī)組安全是不利的，會(huì)造成如下危害：

a）使機(jī)組各連接部件松動(dòng)，使各轉(zhuǎn)動(dòng)部件與靜止部件之間產(chǎn)生摩擦甚至碰撞而損壞;

b）引起零部件或焊縫的疲勞、形成并擴(kuò)大裂縫甚至斷裂;

c）尾水管低頻壓力脈動(dòng)可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫;當(dāng)其頻率與發(fā)電機(jī)或電力系統(tǒng)的自振頻率接近時(shí)，將發(fā)生共振，引起機(jī)組出力大幅度波動(dòng)，可能會(huì)造成機(jī)組從電力系統(tǒng)中解列，甚至危及廠房及水工建筑物。

三、水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的原因

1.水力因素

振動(dòng)的水力因素系指振動(dòng)中的干擾力來(lái)自水輪機(jī)水力部分的動(dòng)水壓力。其特征是帶有隨機(jī)性，且當(dāng)機(jī)組處在非設(shè)計(jì)工況或過(guò)渡工況運(yùn)行時(shí)，因水流狀況惡化，機(jī)組各部件的振動(dòng)亦明顯增大。由于單位體積水流的能量取決于水頭，所以機(jī)組的振動(dòng)一般是隨水頭的降低而減弱，高水頭、低負(fù)荷時(shí)振動(dòng)相對(duì)而言較為嚴(yán)重。

2.機(jī)械因素

振動(dòng)的機(jī)械因素系指振動(dòng)中的干擾力來(lái)自機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其它力。其特征是振動(dòng)頻率等于機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或整倍數(shù)的機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。振動(dòng)的主要表現(xiàn)為機(jī)械磨擦和油膜振蕩。在不考慮共振的情況下（可使工作轉(zhuǎn)速避開(kāi)臨界轉(zhuǎn)速來(lái)減小共振），機(jī)組振動(dòng)的種類(lèi)從故障發(fā)生的頻率分析主要有軸線不正、轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡和各種壓力脈動(dòng)產(chǎn)生的振動(dòng)。一般特征是故障振動(dòng)頻率等于機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)或整倍數(shù)的機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)頻率;從振動(dòng)相位分析有相位不變化（同步）的強(qiáng)迫振動(dòng)和相位變化（不同步）的自激振動(dòng)或其它振動(dòng)。

2.1機(jī)組軸線不正

旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，最理想的是機(jī)組中心、旋轉(zhuǎn)中心及軸線三者重合，實(shí)際中三者完全重合是不可能的，但只要控制在一定范圍內(nèi)，對(duì)設(shè)備安全運(yùn)行和使用壽命不會(huì)造成太大危害。一旦超出許可值，則對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械的運(yùn)行參數(shù)產(chǎn)生重大影響，導(dǎo)致事故增加甚至設(shè)備損壞。水輪發(fā)電機(jī)組軸線不正的表現(xiàn)形式主要來(lái)自兩個(gè)方面，一是軸線與推力頭底平面不垂直（即軸線傾斜），二是軸線在聯(lián)軸器的法蘭結(jié)合面發(fā)生曲折（或是主軸彎曲）。由于軸線傾斜或曲折，使機(jī)組轉(zhuǎn)子的總軸向力不能通過(guò)推力軸承中心，而產(chǎn)生一個(gè)偏心力矩。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，偏心力矩也同時(shí)旋轉(zhuǎn)，使得推力頭與鏡板的聯(lián)接螺栓和推力軸瓦各支柱螺栓承受的是脈動(dòng)力，其脈動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)速頻率相同，從而導(dǎo)致各個(gè)部件，特別是聯(lián)接件的軸向和徑向振動(dòng)。

2.2轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡的形式有靜不平衡和動(dòng)不平衡。靜不平衡表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子垂直方向的同一相位，形成偏離軸線的偏心力。動(dòng)不平衡表現(xiàn)在轉(zhuǎn)子垂直方向的反向相位，形成偏離軸線的偏心力偶。兩者都會(huì)造成轉(zhuǎn)子質(zhì)量失衡離心慣性力，當(dāng)轉(zhuǎn)軸以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí)， 在失衡離心慣性力的作用下，軸的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生弓狀回旋，其中心偏離原來(lái)的軸線，軸心線的回轉(zhuǎn)半徑Y(jié)就是振幅，這種振動(dòng)也叫振擺。其特征是：振幅的大小隨旋轉(zhuǎn)速度變化而變化。

2.3 鏡板不平

鏡板不平主要是由于加工和安裝上的缺陷所造成的，其特征為擺度波形上有明顯的2倍頻。

2.4 推力頭松動(dòng)

推力頭松動(dòng)指推力頭內(nèi)孔和軸頸間存在間隙。當(dāng)推力頭松動(dòng)時(shí)，機(jī)組振動(dòng)、擺度的特點(diǎn)為：機(jī)組運(yùn)行時(shí)的動(dòng)態(tài)軸線姿態(tài)會(huì)發(fā)生突然變化，機(jī)組的振動(dòng)、擺度忽大忽小，呈不穩(wěn)定狀態(tài)。而且，推力頭松動(dòng)也會(huì)給機(jī)組盤(pán)車(chē)帶來(lái)困難。

2.5油膜振蕩引起機(jī)組振動(dòng)

油膜振蕩同樣也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組異常振動(dòng)。油膜振蕩是“由于滑動(dòng)軸承中的油膜作用而引起的旋轉(zhuǎn)軸的自激振蕩，可產(chǎn)生與轉(zhuǎn)軸達(dá)到臨界轉(zhuǎn)速時(shí)同等的振幅或更加激烈。油膜振蕩不僅會(huì)導(dǎo)致高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械的故障，有時(shí)也是造成軸承或整臺(tái)機(jī)組損壞的原因”。引起油膜振蕩的主要原因有：軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、軸承負(fù)載不均勻、軸承潤(rùn)滑油溫度變化及軸瓦間隙等。

3.電磁因素

振動(dòng)的電磁因素系指振動(dòng)中的干擾力來(lái)自發(fā)電機(jī)電氣部分的電磁力。其特征是振動(dòng)隨勵(lì)磁電流的增大而增大。引起電磁振動(dòng)的主要因素有轉(zhuǎn)子繞組短路、空氣間隙不均勻等。

經(jīng)過(guò)認(rèn)真的分析和討論，認(rèn)為#1機(jī)振動(dòng)超標(biāo)的主要原因是機(jī)組軸線不正，因?yàn)橐话闱闆r下運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)的機(jī)組振動(dòng)過(guò)大的原因只有兩個(gè)，一是大修后機(jī)組軸瓦間隙沒(méi)有達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定值。二是鏡板不平。#1機(jī)組軸向振動(dòng)較小，在規(guī)定范圍之內(nèi)，所以只有第一種情況，就是在8月份停水期間，僅調(diào)整下導(dǎo)瓦間隙是不夠的，還必須調(diào)整水導(dǎo)瓦，才能保證機(jī)組軸線中心，從而使振動(dòng)在要求范圍之內(nèi)。針對(duì)此種情況，冬季機(jī)組停運(yùn)后，我們對(duì)上下導(dǎo)瓦和水導(dǎo)瓦間隙重新進(jìn)行了調(diào)整，機(jī)組啟動(dòng)后振動(dòng)在規(guī)定范圍之內(nèi)，運(yùn)行正常。

結(jié)語(yǔ)

以上內(nèi)容主要分析了水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)原因。只有了解水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)過(guò)大的原因，并利用信息技術(shù)對(duì)主軸旋轉(zhuǎn)部分的振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行適時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)對(duì)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做出準(zhǔn)確的故障診斷，才能為水輪發(fā)電機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行提供可靠的保證。