蒙學良

摘要：隨著時代的進步，水力發(fā)電廠的建設越來越完善。在水輪發(fā)電機組運行中經常會發(fā)生振動，對機組的使用安全和穩(wěn)定帶來很多不利影響。使用者需要一定的理論知識和實踐經驗，才能根據機組振動的特征，及時正確地判斷機組振動的原因并做出恰當的處理，及時地防止事故的進一步擴大，避免設備損壞和人身傷亡等事故的發(fā)生。

關鍵詞：水力發(fā)電廠水輪機振動異常故障及處理對策

引言

我國水電工程的快速發(fā)展為我國能源結構調整奠定了良好的基礎，同時也對我國水電企業(yè)設備維護與養(yǎng)護工作提出了更高的要求。在現代水電站的運行維護中，水輪機組異常振動是常見的異常現象。如何快速的判斷振動源并進行相應的措施是有效保障機組運行安全的關鍵，也是目前水電站設備維護與運行安全的重要工作。在現代水電站運行經驗總結中可以看出，水輪機組的振動對水電站機組甚至廠房的安全、經濟效益都有著重要的影響。在現代水輪機組想高比轉速與大容量方向發(fā)展的今天，水輪機組的振動影響更為明顯。加快電廠機組振動研究以及對策已經成為應先我國水利水電發(fā)展的關鍵。

1水輪機振動對發(fā)電機組的影響

水力發(fā)電廠水輪機運行過程中出現振動是普遍現象，但是振動頻率必須在可控范圍內，這樣才不會阻礙水輪機正常運行，如果振動異常就會影響水輪機發(fā)電機組的正常運行，造成經濟損失及人身安全威脅等，主要影響包括以下幾方面：水輪機振動異常可能會對發(fā)電機組的零件造成影響，使部分零件處于疲勞工作狀態(tài)，振動嚴重會導致零件損壞，造成安全隱患。振動異常時間過長，會使發(fā)電機組零件連接出現松動，加劇振動頻率，導致連接位置出現斷裂或連接零件破損的情況。振動異常會對發(fā)電機組的轉動位置造成一定程度的磨損，振動嚴重會導致轉動位置溫度過高，燒壞轉動位置的零件，使滑環(huán)與電刷之間的磨損程度增加，發(fā)生電刷冒火花的情況。振動異常會對尾水管壁造成影響，使尾水管中水流脈動壓力過大，導致管壁出現裂縫，嚴重時可能出現整塊鋼板掉落現象。振動異?？赡軙霈F共振現象，導致水力發(fā)電廠整體設備出現故障，造成嚴重經濟損失。

2水輪機振動異常故障原因

2.1機械振動的原因

機械振動最常見原因是轉子質量不平衡，其次是機組軸線傾斜，還有就是導軸承缺陷。轉子質量不平衡，也就是轉子重心偏離旋轉軸線一個距離e，使得主軸旋轉時轉子重心以e為半徑繞主軸線旋轉，產生附加離心慣性力，這個附加的離心慣性力將迫使主軸產生彎曲變形，這種變形越靠近軸的兩端變形越小、越靠近離心力的作用點變形越大，主軸的空間運動形狀呈橄欖形，其投影呈弓形，故稱這種振動為“弓狀回旋”型振動。水輪機和發(fā)電機軸線傾斜也會引起振動和擺動。對新安裝機組，軸線在安裝時要進行測量調整，其擺度值通常都能處理在規(guī)定的范圍內，因此，軸線傾斜一般不會引起劇烈振動。但在運行一段時間后，由于某些原因使軸線改變，就會引起機組振動。

2.2水力振動

引起水力振動的因素有水力不平衡、尾水管中水流不穩(wěn)定、渦帶及空腔空蝕等。一般說來，水輪機組的振動主要是水力振動引起的。（1）轉輪水力不平衡。若進入水輪機轉輪的水流失去軸對稱，就必然出現不平衡的徑向力，這種情況就是水力不平衡，也會造成水輪機振動。造成水力不平衡的因素，通常有蝸殼形狀不正確，不能保證軸對稱;導葉開度不均勻，引起流入轉輪水流不對稱和轉輪壓力分布不均勻;轉輪止漏環(huán)不均勻，造成壓力脈動，產生橫向振動;流道有異物堵塞等。（2）尾水管中水壓力脈動。水輪機在非最優(yōu)工況下運行，旋轉的轉輪出口水流，會在尾水管中形成渦帶，造成壓力脈動，引起機組振動。經驗告訴我們，運行在30%～70%最優(yōu)負荷的混流式水輪機，其尾水管內的渦帶表現為正向螺旋狀渦流狀態(tài)，這樣一來，在尾水管內將會產生顯著的壓力脈動，其脈動頻率大致為機組轉速頻率的1/3-1/5。尾水管壓力脈動最大值出現在尾水管直錐段的上半部，此后，這種壓力脈動必然沿水流方向逐漸減弱，最終在肘管后消失。尾水管壓力脈動值一般小于水頭的10%，但超大型水輪機尾水管壓力脈動值有時大大超過水頭的10%，甚至達20%～30%以上。這種壓力脈動必然引起尾水管本身、壓力鋼管、頂蓋和推力軸承等的振動，還會導致機組出力波動，嚴重的情況下有可能造成引水管道共振和廠房振動。（3）卡門渦列。如果平行流動的水流中放置一個物體，而且這個物體是圓柱體的并順垂直流向安放的，當水流速度不斷提升至雷諾數Re≥3.5×106時，在這個圓柱物體的后面會出現兩排平行的、按一定距離交錯排列的、方向相反的渦列，我們把這種現象稱為卡門渦列。在水輪機轉輪葉片、導葉等過流部件的尾部，也有可能出現這種卡門渦列并引起振動。當轉輪葉片尾部產生的卡門渦列頻率與葉片自振頻率接近時，葉片將產生共振，使轉輪葉片嚴重損壞。

2.3電氣原因

靜態(tài)氣隙原因，安裝水輪機定子與轉子時，沒有做到安裝同心，也可能是定子與轉子本身存在質量問題，導致靜態(tài)氣隙不均勻，對水輪機運行過程中的氣隙磁場產生影響，出現氣隙磁場不均勻甚至損壞情況。氣隙磁場損壞后，會對水輪機定子及轉子產生影響，導致水輪機振動異常。動態(tài)氣隙原因，水輪機磁極出現松動情況，氣隙在較小的空間位置變化，導致水輪機振動異常。安裝和調試水輪機過程中，由于出現動態(tài)氣隙情況，導致水輪機振動異常。

3水力發(fā)電廠水輪機振動異常處理對策

3.1機械原因處理對策

針對機械軸線不對稱導致水輪機振動異常情況，要嚴格按照標準要求規(guī)范安裝水輪機。針對轉動零件引發(fā)的振動，要在安裝調試過程中采取相應解決措施，避免轉子出現不平衡情況，保證其正常運行。

3.2水力原因處理對策

針對水輪機發(fā)電機組內部水力不平衡導致的振動異常情況，需要采取控制水流速的辦法，根據不同季節(jié)及時間變化合理制訂水流速管理方案，減少水力不平衡對水輪機運行帶來的影響。針對水輪機尾水管凹槽導致的振動異常情況，需要在安裝水輪機設備時，對尾水管凹槽進行優(yōu)化，使其符合正常運轉要求，降低水輪機振動異常概率。

3.3電氣原因處理對策

針對靜態(tài)氣隙原因導致的水輪機振動異常情況，安裝過程中，要準確對靜態(tài)氣隙進行測量，采取合理控制措施，保證轉子與定子質量，調整好磁極之間的靜態(tài)氣隙空間位置，提高水輪機的支撐能力及動態(tài)平衡精度。針對動態(tài)氣隙原因造成的影響，對水輪機零件進行加工時，要提高精準度，保證零件質量。運輸水輪機的過程中要做好保護工作，規(guī)范合理地對水輪機進行安裝調試，后期維護保養(yǎng)也要著重關注動態(tài)氣隙，避免出現轉子磁極松動問題，降低事故風險。

結語

除上述論述的故障原因外，水輪機振動產生還有許多因素。在實際的故障診斷與排除中，需要維修人員根據以往經驗以及對機組各部件工況以及部件更換時間進行相應的排除，以此避免振動故障造成的機組安全隱患，保障水輪機的安全、穩(wěn)定運行。

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