水电站机组及厂房振动特性研究

徐晓犁

【摘要】随着我国社会经济的不断发展，电力行业也在逐渐崛起，而发电机在水电站的运行过程中起着非常重要的作用，一定要确保发电机的良好运行。异常振动就是一项非常常见的故障，而且也是非常重要的，一定要对其引起重视，该文对水电站发电机和机房异常振动故障造成的危害以及发生的原因和解决措施进行了详细分析，希望能够确保发电机在水电站中有效运行。

【关键词】水电站;机组;厂房;振动;特性

1、水电机组运行振动分析

振动问题是水力发电技术中发电机组普遍存在的问题，基本上难以避免。水电机组的各部件在工作当中不可避免的会产生振动，但是振动幅度一般有固定的范围，若是振幅超出范围之外，很有可能会直接影响整个水电机组的安全，使之使用寿命减少。在水电机组运行过程中，受机械惯性、摩擦力的影响不免会出现震动问题，这些因素所导致的震动往往是机械震动，其原因是由于轉子质量不平衡、轴承存在缺陷、机组轴线位置错误所造成的。如果水电机组是由于动水压力而导致振动现象的出现，那么其水利部分造成震动问题则主要是由于以下三个因素造成的，即水力不均、涡轮开裂、尾水管不稳定所造成的。除此之外，如果水电机组受电磁干扰过大也会导致振动现象的发生，其主要原因是由于电机短路、发电机相位不对称造成的。但不论是何种因素造成振动问题，需要认识到的是，任何振动现象都会对水电机组造成非常大的危害，正因如此，在水电机组的维护上必须要采取科学合理有效的措施及时预防、出现问题技术处理才能够避免故障发生。

2、水电机组运行中的稳定性与产生振动的具体改进措施

2.1 加强设计的合理性

在设计水电机组的过程当中，不能只盲目追求参数高，有时候参数较低的水电机组的稳定性也相当好。在通常要求机组高效率工作的时候，就必须适当减少叶片数目与厚度，这样就直接造成了水电机组的稳定性过低。在设计叶片的时候，可以考虑采用×型并且有负倾角的叶片，这种叶片能够很好的适应变化较大的高水头。同时，还可以依照各个水电站的不同情况来选用合适的叶片数目与长度。

2.2 制造工艺的改进

水轮机过流表面形成翼型是最为理想的水利设计，但是要想实现这一理想，必须加强工艺改进措施。精钢型的铸件，经数控机床加工过的转轮叶片等等一些措施都能改善因水利不平衡和重量差异引发的问题。同时，为了避免出现裂纹，还可以选用探伤、焊接及热处理工艺来降低机组残余力。在岸滩电站中，曾出现过因为转轮叶片出口中出现的压力脉动而导致共振的现象，甚至会因为共振引发水边裂纹。要想避免这一状况的出现，可以采用先进的制造工艺来进行真空精炼，有效预防这一问题的产生。

2.3 安全运行

水电机组在运行过程当中必须要严格依照相关操作规程与技术规范进行，如机组启动、停机、加载卸载等环节都应该科学合理对待，一旦盲目操作水电机组或急开急、停机组都会导致叶片出现开裂现象。尤其是对于一些额定水头值较低的机组而言，必须要加大高水头符合稳定性的改善力度，只有这样才能够真正缓解和提升发电机出力程度，进而拓宽水电机组的负荷调节范围，防止避免叶片出现开裂，造成水电机组运行振动。

3、水电站厂方结构振动原因分析

3.1 水轮机组动荷载相对增大。大型水轮机由于流量大、容易受到干扰的原因，其压力相对于中小型机组要大得多。大型水轮机组用以承受压力动脉部件的面积越大，其产生的动荷载也随之变大。

3.2 振动体固有频率降低，而共振可能性增大。水轮发电机组的转速属于十低转速旋转，其各种激发力的频率都比较低。大型水轮机组振动部件的固有频率也相对较低，易十被低频激振力激发时，则会产生共振，共振体可以是水体也可以使固体。如普遍存在于水电站发电过程中的引水管路水体共振情况，其可能会引起个别发电机组在停机过程中产生剧烈的振动现象。

3.3 振动体刚度相对降低。在保持静应力和几何相似相等的情况下，机组部件及厂房结构的刚度会随着其线性尺寸的增大而减小。所以，可以定性的说，中小型机组的的支持部件及转轮叶片的刚度要比大型机组高。在相同的激振荷载下，大型机组的振动相对于中、小型机组大很多。此外，还应注意到，单纯以强度作为设计的目标、简单的几何放大，且不采取有效的预防措施，可能是致使某些大型水力机组稳定性不好的根本原因。

4、水电站厂房抗振设计研究

4.1 振动传递途径的优化。由于厂房刚度、强度以及抗振的需要，大、中型水电站的风罩的设计要求是，不采用有利于垂直抗振的设弹性垫层简支的连接方式，而应使风罩整体连接发电机层楼板。电机层楼板下的立柱可以增强楼板的刚度，但在蜗壳顶板上一般要尽量避免布置，因此，对于立柱的设置问题要进行充分的考虑。对于水电站厂房的构架柱，则应将力直接传到厂房一期混凝土上，同时不宜设计在尾水管的顶板上，最合适的方式是恰好落在尾水管的分流墩上。

4.2 钢蜗壳外围混凝土浇筑方式的选择。为提高水轮机组的基础刚性，应采用“充水保压”蜗壳外围混凝浇筑方式进行浇筑，我国三峡水电站就是采用了这一方式。其原理是，钢蜗壳外围二期混凝土的建立采用了弹性垫层方案，蜗壳外围不能有效的嵌固蜗壳中可能存在的水压脉动，如果采用“充水保压”的浇筑方式，有利于钢蜗壳与其外围钢筋混凝土紧密接合而成为一个整体，从而使外围混凝土有效嵌固座环和蜗壳，提高水轮发电机机组运行时的稳定性。

4.3 厂房结构布置通常水电站厂房的上、下游边墙适宜采用实体墙结构进行建造，且应和发电机层的楼板固结，现浇钢筋混凝土肋形楼盖应用于发电机层楼板的建造。对于根据相关参数计算得出可能较容易发生较大振动的部位，应对其加大板厚，而后在其板内连续配筋。此外，在发电机层楼板上不应凿设过多的用于通风等的孔口，预防割裂发电机层楼板的整体性。

参考文献：

[1]张存慧.大型水电站厂房及蜗壳结构静动力分析[D].大连理工大学，2010，17（08）：650-653

[2] 杨平，周令.水电站水轮发电机端部涡流损耗计算研究综述[J].湖南农机，2013（3）：60-61.