水轮发电机组振动问题思考

梅江志

摘 要 主要对水轮发电机组振动问题进行一定的思考，探讨了水电站在运行过程中出现的机械振动、水力振动和电磁因素的振动问题，并就相应的原因和解决方法进行探讨，希望对于今后水轮发电机正常运行就有一定帮助。

关键词 水轮发电机；振动类型；对策分析

中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）06-0159-01

1 概述

要想彻底消除水轮发电机组的振动这种有害问题比较困难，这也是积累误差在整个机组的制造过程、安装过程中相关反映。相关的影响因素都包括厂房设计强度、运行质量、安装、刚度、机组设计强度、制造等方面，机组的稳定性能受到振动的影响，使得构件使用寿命有所减低，引起相应结构件的疲劳。因此，电站考核重要指标就是机组的振动和安全稳定。这里从干扰来源进行对于机组振动的分析，主要包括电磁振动、机械振动、水力振动等三大类。可以根据实际不同的情况，对于产生原因和运行状态进行细分。

2 机械振动分析

在机械振动中，主要包括相应的导轴承缺陷、机组轴线不合格与轴系曲折、转动（含转轮、转子）质量不平衡等问题。

机械振动方式主要有以下几种：导轴承缺陷、机组轴线不合格与轴系曲折、转动（含转轮、转子）质量不平衡等。

1）振动则是由于不匹配的转轮叶片与导叶数所致。分析转轮产生的频率为f=n/60*Z。这则是在转轮叶片与导叶数相差l的情况下，此时，经过导叶间，水压脉动传到蜗壳外，则会造成机组或厂房的振动。为了避免此类振动的发生，一般往往通过改变频率的方法，可以通过转轮的短叶片来实现。

2）水导摆度大和大轴偏磨则是由于转轮不平衡。对于出厂时的转轮来说，轴径偏磨以及安装后水导摆度大，则往往是由于没有能够达到平衡要求的G6.3级平衡精度。

3）出现轴系曲折或者不合格的机组轴线问题。轴线与推力轴承镜板面不垂直，在旋转中心与机组中心重合的情况下，则这就是机组轴线不正的主要表现形式。一个偏心力矩的产生，往往是由于推力轴承中心并没有产生机组转子的总轴向力，这样的情况下，偏心力矩随着转子的旋转而旋转，脉动力则会作用在各支柱螺栓（或弹簧油箱），当存在转速频率和脉动频率相同的时候，这样就能够使得轴向振动发生在推力轴承各支柱螺栓，也就让转子产生了振摆过程。

3 水力振动分析与思考

在水力振动中，主要包括调压井水位涌动引起的顶盖径向振动、叶道涡高频振动、导叶卡门涡振动、涡带振动、狭缝射流振动和水力不平衡振动等方面。

1）在调压井水位涌动引起的顶盖径向振动中，一般来说此类振动对于机组安全运行影响不大，这里不详细论述。

2）对于叶道涡高频振动来说，由于转轮叶片的线型存在问题，有不够圆滑的头部，就容易造成叶道涡的高频振动。一定的冲角的水流，在一定开度下的导叶影响下，脱流现象出现在流过叶片头部过程中，这样，叶道涡就在转轮叶片间形成，造成了几十赫兹的高频激振力。

3）在导叶卡门涡振动中，这属于一种涡列，即流体流过一般的不良绕流体的圆柱形物体的过程中，一系列相隔一定距离的单涡则会出现在物体后面，且呈现沿着两条互相平行的直线趋势。在相关的水轮机运行过程中，经常出现卡门涡列而引起的振动。叶片出水边后形成卡门涡列则容易发生在转轮叶片具有钝尾的情况下，这时出现的圆形出水边的钝尾，在叶片出口变为工作面和背面的过程中，就能够交替释放出相应的单涡，同时，叶片上的交变作用力也相应产生，对于这些的作用力的频率来说，共振现象则是在接近叶片自振频率的时候产生。为了避免卡门涡振动的发生，常采取的措施则是流线形状和导叶出水边厚度的及时有效改变，满足水边R到最小值，这样使得卡门涡振动与噪声有效消除。

4）对于自激振动及水力不平衡振动来说，在转轮上所产生的不平衡的横向力，在转轮范围内，是由于水流失去轴对称的原因。过流轮廓不对称则是经常遇到的情况，则水流失去轴对称就容易出现。

5）对于狭缝射流振动来说，转轮叶片的工作面和背面在轴流式或灯泡贯流式水轮机中都存在一定的压力背，这样，一股射流就容易形成在转轮室壁和轮叶外缘的狭窄缝隙中，且压力非常低，速度非常高。造成在转轮旋转过程中，分析叶片到达的瞬间，转轮室壁的某一部分则会处于低压的状态，而高压的状态则在叶片离去后产生。另外，间隙汽蚀现象还会在狭缝射流中产生，这也会引起相应的叶片外缘和转轮室衬壁的破坏。

4 电磁因素的振动分析与思考

1）磁极线圈交流电阻阻抗不平衡和磁极线圈匝间短路问题。磁动势减小由于一个磁极因匝间短路所造成，而对应的那个磁极的磁动势没有发生变化，所以，跟转子一起旋转的辐向不平衡磁拉力就相应产生，造成转子振动，振动的主要特性就是振幅与电流表现为线性关系，而转子电流的增大导致振动的增大。

2）不平衡磁拉力问题。不平衡力作用于发电机转动部分而产生相应的机组振动问题，动随励磁电流增大而增大则是主要的振动特征。

3）定子分数槽次谐波磁势问题。不同数目的每极下的槽数，一系列分数次谐波磁动势就会由定子绕组电流引起产生，不同的相对速度就在磁动势和旋转的转子中具备，发电机电磁振动的激振力就是相应的各种不同振动模式和频率。

4）定子绕组固定不良，或者定子铁心松动的情况的问题。机组振动是由于定子铁心松动所致，在一定负荷的作用于机组上，负荷增长导致振幅的增大。机组振动是由定子铁心组合缝松动所引起的，则达到一定数值的负荷以后，铁心温度增长而振幅有所减小。

5）负序电流引起的反转磁势问题。负序电流在绕组的产生，则是由于定子三相负载不对称的缘故，定子铁芯作驻波式的振动则是由相序相反的磁场和主磁场叠加产生一个空间次数P=0的磁场的原因。

6）很多线圈分布在磁势定子各相沿圆周，在定子并联支路内环流中，支路则是通过其并联获得，然后，绕组则是通过组合支路形成。一般来说，集中布置和分散布置则是两种的并联支路的布置方式。在水轮发电机中，集中布置经常被采用。类似分数槽次谐波，不对称的次谐波电动势则是在支路集中的情况下，在支路内由于转子偏心而引起环流，一般的振动频率为100 Hz。

5 结束语

振动原因都是根据机组不同振动形式分析所得，带有录波存储功能的测振仪能在机组典型部位进行安装，把相关的振动记号进行记录，进行一定的频域、时域变换，通过相关的频谱分析，能够通过振动频率来进行振动原因的判断。

参考文献

[1]陈渊.罗坡坝电站2号水轮发电机组振动值超标的分析及处理[J].小水电，2013（4）.

[2]傅丽萍.水轮发电机组上机架共振分析及补气减振[J].排灌机械工程学报，2013，31（6）.endprint