浅析水轮发电机组振动原因和处理措施

2016-07-12周俊

大科技 2016年13期

关键词：水导水轮涡流

周俊

（湖南省电力公司凤滩水力发电厂湖南沅陵 419600）

浅析水轮发电机组振动原因和处理措施

周俊

（湖南省电力公司凤滩水力发电厂湖南沅陵 419600）

水轮发电机组振动是水电站运行中较为常见的故障问题，而水轮发电机组是保障电力系统稳定运行的重要基础，因此，对机组设备进行检测分析，明确振动问题产生原因，并采取有效措施进行处理至关重要。对此，本文首先对水轮发电机组的振动问题常见原因和处理措施进行了分析，并结合实例详细探究了水轮发电机组振动处理对策。

水轮发电机组；振动；处理

1 引言

电力系统的稳定运行关系到国计民生，水力发电厂在电力系统中担当者重要的角色，是实现电力网络调频、调峰重要部分。水轮发电机组运行效果能够直接决定着水电厂的经济效益和社会效益。

2 水轮发电机组振动原因

2.1 机械因素造成的振动

在水轮机运行过程中，如果转子质量不均衡、主轴刚度不够或者机组轴线不正，就会产生相应的干扰力，造成机组的振动问题。其主要特征在于，机组转动的频率与转速相同，振幅则随着转速平方的增加而不断增大。

2.2 水力因素造成的振动

（1）通流器中的水流缺乏稳定性，当水流进入转轮后，会出现不对称的情况，进而引发横向作用力，导致各种组件之间的连接失去牢固性和稳定性，产生喘振现象。

（2）当定桨式流体输送机局部载负时，在其尾部流通管内，会出现一种不稳定的流体模式，即涡流带，呈现出螺旋的形状，而且其涡流核心会沿某个特定的方向转动，导致存在于尾部流通管内的流体出现大幅度的低压脉冲，从而引发机组的不正常运转。如果发电机组中部件的振动频率与涡流带脉冲率产生共振，则会导致机组发电量的下降；如果刚性管道中的流体振动频率或者压力管的自振荡频率与涡流带脉冲率相似，则会在刚性管道内出现巨大的流体振动；如果基建工程自有振动频率与涡流带脉冲率近似，则可能会导致基建工程的振动。

（3）流体在绕过轮片，由入口位置输入时，会在输出口附近产生涡流列，而当轮片的正反面间断轮流出现时，则会使得轮片受到水流的冲击，一旦冲击频率接近轮片自身的振动频率，就会引发共振现象。

2.3 电气因素造成的振动

电气所造成的磁场力是造成发电机组振动的关键因素，振动幅度与电磁流量之间为正比关系。同时，发电机组在不对称的三相电流当中，如果发电机组发生故障，则就会产生转子接地，从而引发短路问题，导致电阻值不断降低，当有很多的电流从故障点经过时，电场不平稳问题越来越明显，最终就会造成发电机组剧烈的振动。

3 水轮发电机组振动处理措施

3.1 振源为机械因素处理措施

立即停机，做好安全措施，根据机组异常振动特征，检查上导、下导、水导轴承，推力轴承，定、转子间隙情况，如果仅仅是上导或下导或水导一块轴瓦松动，其它均正常，可以只调整上导或下导或水导轴瓦。如果定、转子间隙不均匀，转子中心移位，须从新调整转子中心，并调整上导、下导、水导轴瓦以及推力轴承。处理完毕，然后开机试运行，先将机组空转，检查机组有无异常振动；正常后，加励磁，检查机组有无异常振动，无异常，逐渐带上负荷，检查机组带负荷运行情况，无异常，带满负荷运行。

3.2 振源为水力因素处理措施

①改变叶片型号，将出水的一端进行削薄处理，使得正面与方面可以形成交变漩涡力量逐渐变小，甚至导致所有漩涡力量的消失。②避免出现气蚀和尾水管涡流，可以在尾部流通管入口的位置进行导流瓦，有效降低涡流的振动，降低振动。③采取有效的措施对卡门涡流频率与叶片的频率进行调整。

3.3 振源为电气因素处理措施

电气原因引发的机组振动是很难控制的，应该从预防的角度进行处理。可以安排专人定期对水轮发电机组进行检查和维护，强化管理力度，第一时间找出故障和隐患，采取针对性的措施进行解决。

4 水轮发电机组振动处理实例分析

4.1 某水电站概况

该水电站为单台单机10MW水轮发电机组，转动部门的总重为50t，包括上导、下导与水导轴承。巴氏合金上导6块，单片瓦缝0.08mm；巴氏合金下导瓦6块，单片瓦缝0.08mm；巴氏合金水导6块，单片瓦缝0.15mm。推力轴承为刚性支柱式结构，推力瓦数量为8块。该发电机组投产发电不久，发现上导、下导、水导以及法兰处的振动摆度较大，存在振动现象。随着投产时间的推移，各个部门的振动、摆度呈现出越演愈烈的趋势，导致整个发电机组多次被迫停机。后期经过返厂处理之后，进行了重新的实验与配重，解决了机组机械动平衡问题，振动、摆度的基本情况已经有所好转。机组在励磁工况的检验作用下，并未发电明显的问题及变化情况，摆出电磁振动因素的影响。但这种振动的状况，在发电机组当中并未消除。其中水导摆度值为0.70mm，上机架振动达到0.26mm。这种振动性因素的存在，机组安全、稳定的运行状况无法得到全面的保障，需要对其进行及时的处理。

4.2 振动问题所产生的具体现象

（1）上机架的结构强度较低，整体的刚度较差，进而导致厂家进行二次的返厂加固处理。使得上机架径向振动达到0.3mm，容易导致整个机组的共振现象产生。另外，由于上机架的整个导轴定位销钉较少，将导致轴承支架在拆装与运行的过程中，无法对其进行准确的控制，导致上导轴承偏离中心，造成定子与转子在运转过程中出现不均衡的现象，进而导致整个机组出现振动现象。

（2）水力发电机组当中，各个部门的轴承连接都将导致螺栓基础与支架之间的连接存在设计缺陷，在结构方面的承受支撑受到影响，造成焊接受力传递不够均匀。整个机组在运行的过程中，容易出现开裂状况。并且针对不同的钢材，在进行处理的过程中，焊接过程十分繁琐，造成发电机组运行过程中由于振动引发的轴承漏油、烧瓦现象，使得振动现象出现恶性化的循环。

（3）整个发电机组在完成首次的安装之后，对发电机组需要进行改革中心的测定。需要完成对其的反复审核，为机组的检修以及轴线的调试提供保障并奠定依据。但由于在整个机组的运行过程中，机组本身的轴线相对弯折，导致整个机组的整个轴线的调整质量不高。同时，由于在原设计当中，导瓦间隙无法满足运行的基本要求，导致在整个三导结构当中的轴承运行不同心。

（4）机组轴线不正，是造成发电机组振动的原因之一。对该电站发展机组的检验与校准过程发现，机组的镜板底平面与机组轴并未处于垂直的状态，导致轴线之间存在一定得夹角。造成水轮机轴与发电机周补充和，总轴向力无法通过轴承最新红心，将会产生一个偏心力矩，使得整个轴承的受力取法均匀，影响转子运行。脉动频率与机组转速的频率保持相同的状态，导致整个轴承之间产生轴向的振动因素，进而引发振动的出现。

（5）对该电站进行分析研究与分析的过程中，受到推力头以及大轴简析的影响，整个机组盘车测量周线发现上导轴颈圆度较差，经过百分比读数的测量可以发现，其最大值与最小值的差已经达到0.09mm，这一较高的差度值，将会对水轮发电机组稳定性产生不利的影响。

4.3 水轮机发电机组振动消除措施

（1）增强各个部门之间的连接强度。对整个发电机组上导、上机架中心，增加销钉，为整个机组的轴线稳定性提供可靠性的依据。协调整个机组固定部件之间的圆度与通信情况，为最终的验证提供发展的依据，调整整个轴线的高度与准确度。为满足盘车时对上导轴位的基本要求，最终使其能够更加接近理想中心。实现上机架与上导轴承两处的固定与处理，现场运用销钉进行固定，进而对整个轴承中线进行固定，避免发电机组振动现象的出现。

（2）调整安装工艺。整个发电机组在安装的过程中，注重对机组各个部件之间的轴线进行调节，增强轴线的质量。由于对轴线的调整手段过于复杂，需要将上导轴作为基本的切入点与关键点，辅助参考上机架与水轮机上盖当中所现实的计算坐标，进而通过单位的换算，保持整个轴线调整的精准度。通过这种方法，使得该电站的水轮发电机组轴线调整质量较高。精准配重。在完成安装之后，保持整个平衡的配重数值能够达到一定得标准与要求，进而减小部分振动的幅度。当然，精准配重的方法并不能够完全的解决振动问题，但可以发挥出一定得抑制作用。

（3）增强导轴承的支撑强度。通过这种方法，解决导轴在设计过程中强度方面的缺陷因素。在当前的导轴设计当中，通常表现在强度方面。强度设计较差，导致整个发电机组出现振动的状况时，将会导致轴承松动以及间隙增大的状况。处理这种问题，可适当的增加两种钢材之间的沟槽，进而增加焊接的深度，为可靠性提供保障。

（4）确保盘车数据能够负荷国家标准，将连接法兰解体，增加0.15mm的铜皮薄垫，并保持境底与机组轴线垂直。