楊郁堅(jiān)

【摘要】隨著社會(huì)的進(jìn)步，居民的用電量日益升高，同時(shí)也對(duì)用電質(zhì)量提出了更高的要求，這就刺激了電力行業(yè)的飛速發(fā)展，但同時(shí)也暴露了較多的問(wèn)題，其中最為常見(jiàn)的就是水電站機(jī)組振動(dòng)問(wèn)題。這一問(wèn)題不僅影響著設(shè)備正常使用，甚至還會(huì)對(duì)使用人員的生命安全造成嚴(yán)重威脅。本文的研究?jī)?nèi)容即為水電站機(jī)組振動(dòng)的原因及解決措施。

【關(guān)鍵詞】水電站;機(jī)組振動(dòng);原因;解決措施

水輪發(fā)電機(jī)在工作中如果發(fā)生振動(dòng)，不僅會(huì)導(dǎo)致某些部件發(fā)生彈性形變或塑料形變出現(xiàn)裂紋、斷裂，還會(huì)導(dǎo)致部件之間的連接松動(dòng)，導(dǎo)致部件的使用壽命更短。嚴(yán)重時(shí)甚至還會(huì)對(duì)整個(gè)水電站機(jī)組的安全運(yùn)行造成嚴(yán)重威脅。但這一問(wèn)題在實(shí)際使用期間難以避免，所以需要采取有效的措施進(jìn)行改善。

分析水輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)可以發(fā)現(xiàn)，組成部分主要是旋轉(zhuǎn)和固定兩部分，水輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行期間，其中某部分發(fā)生異常，就會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)。比較常見(jiàn)的振動(dòng)是旋轉(zhuǎn)部分的振動(dòng)。對(duì)振動(dòng)問(wèn)題采取有效措施進(jìn)行控制后，可以使機(jī)組的運(yùn)行具備更高的穩(wěn)定性和可靠性[1]。

1、水利因素造成水電站機(jī)組振動(dòng)的原因

1.1水力不平衡

水流同時(shí)具有動(dòng)能和勢(shì)能，在蝸殼的作用下形成環(huán)流，經(jīng)均勻分布固定導(dǎo)葉、活動(dòng)導(dǎo)葉片到轉(zhuǎn)輪上，將其激活進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)導(dǎo)水葉葉片和流量通道受各種因素的影響出現(xiàn)較大的形狀差異時(shí)，水流作用到轉(zhuǎn)輪后，因?yàn)槌蓪?duì)稱(chēng)失衡，出現(xiàn)不平衡橫向力，轉(zhuǎn)輪從而發(fā)生振動(dòng)，當(dāng)運(yùn)行處于無(wú)負(fù)載和低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)，振動(dòng)尤為強(qiáng)烈。

1.2尾管的低頻率水壓脈沖

在非設(shè)計(jì)工況條件下，水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)在出口處轉(zhuǎn)輪受到脫流漩渦和旋轉(zhuǎn)水流等因素的影響，尾水管內(nèi)引發(fā)水壓脈動(dòng)并出現(xiàn)大型渦帶，并以固定頻率在管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，引起低頻壓力脈動(dòng)。水流流經(jīng)管道后，壓力脈動(dòng)會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子，蝸殼，壓力管等發(fā)生劇烈的振動(dòng)[2]。

1.3空腔汽蝕

水流通過(guò)水輪機(jī)時(shí)，受到流速，流向的影響，流道發(fā)生改變，增加流速后水流中出現(xiàn)氣泡，氣泡一旦進(jìn)入高壓區(qū)并潰滅，出現(xiàn)的情況即為空腔汽蝕。這一情況會(huì)對(duì)機(jī)組的推力軸承和頂蓋造成劇烈的垂直振動(dòng)。比橫向振動(dòng)的危害更高。

1.4卡門(mén)渦列

恒流通過(guò)物體后，出口兩側(cè)邊緣出現(xiàn)規(guī)則排列，方向相反的旋渦，相互之間吸引、干擾，形成非線性渦列，即為卡門(mén)渦列。當(dāng)其沖擊頻率接近旋轉(zhuǎn)物體葉片固有頻率時(shí)，出現(xiàn)共振后導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)[3]。

2、機(jī)械因素造成水電站機(jī)組振動(dòng)的原因

2.1轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡時(shí)，會(huì)在中心產(chǎn)生軸心偏心距，當(dāng)軸以角速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)后，因?yàn)槌霈F(xiàn)離心慣性力，失衡后軸上弓狀回旋，從而產(chǎn)生振動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)速發(fā)生變化后，振幅也隨之變化。

2.2機(jī)組軸線不正

在機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)中心、機(jī)組中心和軸線重合為最佳狀態(tài)。軸線不正時(shí)，在軸承中心軸向力會(huì)產(chǎn)生偏心力矩，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，偏心力矩也發(fā)生旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)速和脈動(dòng)頻率一致后，出現(xiàn)軸向振動(dòng)。

2.3軸承的缺陷

導(dǎo)軸承瓦發(fā)生松動(dòng)后，旋轉(zhuǎn)體中心發(fā)生位移，間隙過(guò)大或潤(rùn)滑不暢等因素會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)干摩擦，機(jī)組出現(xiàn)水平振動(dòng)。

3、振動(dòng)問(wèn)題的處理措施分析

3.1水力因素處理對(duì)策

（1）針對(duì)汽蝕和渦流因素，可以通過(guò)補(bǔ)氣措施進(jìn)行改善，或者在尾水管入口處安裝導(dǎo)流瓦和導(dǎo)流翼板。（2）針對(duì)渦流因素，可以對(duì)固有葉片的頻率或渦列的頻率進(jìn)行改變，通過(guò)對(duì)出水邊葉片進(jìn)行改型或削薄，使其構(gòu)成交變旋渦，避免共振。（3）針對(duì)導(dǎo)軸承瓦間隙不當(dāng)因素，可以定期對(duì)其進(jìn)行調(diào)整，人工恢復(fù)均勻分布。

3.2加強(qiáng)軸承的維護(hù)

（1）對(duì)水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組軸線是否對(duì)正進(jìn)行定期的檢查，調(diào)整主軸中心線到機(jī)組中心線上，進(jìn)行檢查時(shí)，如軸線和機(jī)組中心線出現(xiàn)較大的偏差，就會(huì)影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，所以技術(shù)人員需要做好維修檢查工作。（2）維修人員在對(duì)推力瓦受力進(jìn)行調(diào)整時(shí)，需要保證轉(zhuǎn)輪處于轉(zhuǎn)輪室中心位置，推力瓦受力均勻，使發(fā)電機(jī)組具備更高的穩(wěn)定性。（3）維修人員在對(duì)軸承間隙進(jìn)行調(diào)整時(shí)，重點(diǎn)關(guān)注電機(jī)軸，集電環(huán)等，確認(rèn)無(wú)異常，同時(shí)需要注意按時(shí)檢測(cè)軸承，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況，需要及時(shí)進(jìn)行有效的處理，以免上述因素導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)，發(fā)電機(jī)組正常運(yùn)行受阻[4]。

3.3注意對(duì)過(guò)流部件的維修

以沖擊式機(jī)組為例，當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)組在工作期間，通過(guò)壓力管?chē)娮欤魃淞魇罐D(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)，此時(shí)需要維護(hù)人員重點(diǎn)檢查噴針開(kāi)度和出水流量等情況，以免因?yàn)樯渌€偏移轉(zhuǎn)輪導(dǎo)致軸對(duì)稱(chēng)失衡變?yōu)闄M向力，轉(zhuǎn)輪被引發(fā)振動(dòng)。維護(hù)人員還需要重點(diǎn)檢查噴針，噴嘴等，以免因?yàn)樯渌€偏移引發(fā)巨大的軸向串動(dòng)。此外，還需要控制通過(guò)水輪機(jī)的水流的間隙射流，維修人員做好檢查工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行有效處理，以免后續(xù)造成嚴(yán)重?fù)p害。此外，維修人員還需加強(qiáng)自身綜合知識(shí)水平和技術(shù)水平，使自己成為一個(gè)高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)維修人員，可以正確發(fā)現(xiàn)并能處理各種問(wèn)題，以免因?yàn)樵O(shè)備問(wèn)題造成水電站經(jīng)濟(jì)損失[5]。

4、電磁因素導(dǎo)致的振動(dòng)及解決對(duì)策

4.1轉(zhuǎn)子繞組短路

當(dāng)磁極短路后，磁動(dòng)勢(shì)降低，引發(fā)轉(zhuǎn)子橫向不平衡磁拉力，轉(zhuǎn)子發(fā)生劇烈振動(dòng)，振幅的大小受到勵(lì)磁電流的影響，兩者成正比。移走勵(lì)磁電流后，振動(dòng)也隨之消失。

4.2空氣間隔不均勻

發(fā)電機(jī)組在轉(zhuǎn)子擺度不均與或圓度不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)或規(guī)范要求時(shí)，空氣間隙不均勻，出現(xiàn)單邊不平衡磁拉力，當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)后，空氣間隙隨之發(fā)生變化，不平衡的單邊磁拉力做圓周周期性運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致振動(dòng)的發(fā)生。

4.3處理對(duì)策

針對(duì)上述因素導(dǎo)致的振動(dòng)，相關(guān)組件制造廠需要根據(jù)國(guó)家規(guī)定生產(chǎn)組件，使用單位也需要對(duì)每一組件進(jìn)行定期檢查維修，密切監(jiān)測(cè)，保證早期發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行有效處理。

小結(jié)：

綜上所述，為了有效降低水電站機(jī)組振動(dòng)情況，需要工作人員加強(qiáng)對(duì)各部件的監(jiān)護(hù)及檢修工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)發(fā)生的原因并采取針對(duì)性的措施進(jìn)行解決，以保證機(jī)組能夠安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯俊龍，艾斐，楊明揚(yáng).某水電站發(fā)電機(jī)定轉(zhuǎn)子擋風(fēng)板結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究及應(yīng)用[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2020，43（4）：47-49.

[2]江旭，朱劭辰，李紅.芭蕉河水電站4號(hào)機(jī)組上機(jī)架振動(dòng)大處理[J].水電與新能源，2019，33（4）：61-65.

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