水轮机发电机的振动原因及处理研究

隋欣

摘   要：随着城镇化进程的加快，我国重要基础设施建设取得了显著的成效。伴随我国水利发电行业的迅速发展，保障水轮机与发电机等水电设备的稳定运行至关重要。水轮发电机组在偏工况运行时常出现振摆异常情况，引起诸如“转轮叶片开裂、水轮机啸叫、机组损坏”等一系列机组不能稳定运行的问题。为研究机组在偏工况下的振摆情况，分析其对机组稳定性的影响，对某机组机架和导轴承振摆进行真机试验，通过数据处理和频谱分析，揭示了机组振摆的变化规律。

关键词：水轮机发电机;振动;原因;改造

中图分类号：TV738                                                  文献标识码：A                                                 DOI：10.12296/j.2096-3475.2021.07.035

振动超标通常意味着机组轴系或支承系统出现较大异常，容易诱发零部件疲劳破坏，威胁机组稳定运行。因此，准确诊断处理振动测量系统故障，确保其真实反映设备振动状态，对保障水轮发电机组安全稳定运行有着十分重要的意义。

一、发动机设备产生振动与噪声现象的因素分析

1.发电机进行运转时噪声因素。在发动机设备进行实际运转时，需要发电机维持较高的转速水平。从这一层面看，发电机也是引起发动机设备出现振动、噪声现象的主要部件。通常发电机比参数大概设定为 3.3，也就能使其转速在 6000r/min 左右浮动。但是，若发电机组件部分进入高速运转状态，随之导致冷风扇部分组件、不平衡力带来的噪声更加严重。从 NVH 的观点出发，对发电机转速参数进行控制，在将其降低的同时，保证支架安装结构的刚度，这样就能实现激励源的控制和降低。在水轮机发电机工作状态下，传动比水平主要取决于发电机组件的冷却需求，这就必须将发动机舱内的空气流因素、发电机技术组件的安装位置等因素置于优先考虑范围。

2.节气门进行打开/关闭操作因素。节气门是发动机设备内部的重要組件，不论是执行打开还是关闭操作，都会让发动机传统系统及时进入瞬态响应阶段，在发动机内部出现摆动情况时，处于扭转反向状态的发动机设备转动速度也会出现变化，在变化中也会受到传动系统中旋转余量的影响。在出现摆动幅度不断增强的情况时，扭转脉冲信号将借助驱动轮组件、悬架组件等部分传递到整个车体，这就引起了振动、噪声情况的发生。在发动机设备运行中，若出现扭矩速度不断增加的情况，实际引起的瞬态响应也会表现得更加剧烈。在进行节气门打度时，主要是依靠发动机产生的通矩增加幅度，这一参数需要进气歧管组件的容积进行限制。不难发现的是，这两个技术参数间存在一定的指数关系。当瞬时空燃混合物能够稳定在均匀技术条件时，进气歧管组件的容积也会具有较大的容积参数，发动机设备扭矩增加的速度也会变缓。

二、发动机设备振动现象与噪声现象的有效解决方法

1.补气方式优化设计

通过优化补气方式，减小低负荷工况下尾水压力脉动等，从而减小水力作用的顶盖振动的影响。根据工程实践经验，一般采取强迫补气或者优化补气结构等方式。如采取强制补气方式，需在顶盖上导叶后转轮前增加强制补气孔，将强迫补气孔引接至电站低压气系统，在机组低负荷段及振动较大负荷段进行补气试验，然后根据试验情况决定强迫补气运行方式;如采取优化补气结构方式，参考模型试验尾水管涡带情况、压力脉动及补气情况测试数据及有关文献资料的试验成果，加长大轴中心孔补气管至转轮下环出口位置，可改善大轴中心孔补气效果，从而减小流道内的压力脉动。鉴于强迫补气需根据不同负荷情况启动低压气系统进行强迫补气，运行维护比较复杂，综合以上情况，推荐采用补气管结构改进方式。

2.加强筋处理

从发动机设备的总成结构出发，为了使其获得较高硬度数值，应采取加强筋处理的方案，较少发动机设备本身的重量，使其制造成本大大降低，从而更好地控制和削弱发动机带来的振动和噪声问题。在具体实施中，要通过使用两个螺栓形成稳定连续的连接面，确保加强筋材料长度能够支持最大连续。再者，在加强筋材料的布置上，要从空间区域和空间角度两方面入手，分别考虑模态变形最大值的和维持弯曲模态振型全息成像下边沿。其次，在对发动机内部的加强筋进行处理时，要确保加强筋材料能够与发动机配件凸台部分能够顺利混合，只有达成这一条件，才能为发动机提供刚性连接点支持。此外，在诸多实际运用的场景中，出现在发动机设备的加强筋，应能够与铸件结构相衔接，使得材料单位的组合技术性能得以发挥。基于这一步骤，通过增加加强筋材料的运用数目、增设断面结构层的数量，使得发动机在铸件加工中更加稳定，更有利于减少和控制废料的产生。

3.运行稳定性分析

水电机组的运行稳定性是评估其水力性能的重要指标，运行区域的划分要从关键位置的振摆、水压力脉动和噪声等多方面考虑，从振摆方面划分了机组的禁止、限制、稳定三个运行区。禁止运行区是强振区，此区域振摆幅值大且伴有噪音，水能效率偏低;限制运行区各部振摆幅值较大，尾水管可能产生涡带且伴有较大的噪音，机组不宜在此区域长时间运行;稳定运行区机组各部指标正常，振摆和压力幅值较小，发电效率高，可在此工况区稳定运行。

三、结语

水轮机发电机组在运行的过程中，出现振动问题是不可避免的，因此，机组检修人员在日常的维护中应根据自身工作经验结合机组运行理论，深入分析水轮机发电机组的振动原因，提出针对性的振动解决措施。此外，在对机组进行日常维护的过程中，应对机组进行全面的检查，确保水轮机组的安全精度与质量满足标准，提升机组运行稳定性。

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（国家能源集团和禹水电开发公司太平哨发电厂  辽宁丹东  118200）