水輪機(jī)振動原因分析

1、水輪發(fā)電機(jī)組的振動是以水輪機(jī)為原動力，水的能量是激發(fā)或維持機(jī)組振動的最根本能源。它既可直接激發(fā)并維持機(jī)組的振動，也可間接激發(fā)或維持機(jī)組振動。從振動的發(fā)生的情況看，有的是水輪機(jī)本身的水力特性所決定的，有的是由一些偶然因素作用產(chǎn)生的。發(fā)電機(jī)是將水輪機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，在轉(zhuǎn)換過程中，由于某些方面如設(shè)計、加工、安裝或參數(shù)配合不當(dāng)也會引起發(fā)電機(jī)的磁振動。從結(jié)構(gòu)上講，水輪發(fā)電機(jī)組可以分成兩大部分：轉(zhuǎn)動部分和固定、支持部分。它們中任何一個部件存在機(jī)械缺陷時都可能引起機(jī)組的振動，而這些缺陷可能是由設(shè)計、加工、安裝等任何一個環(huán)節(jié)所引起。因此，一般來說水輪發(fā)電機(jī)組有四大振動部件：上機(jī)架、下機(jī)架、頂蓋、轉(zhuǎn)動

2、部分；異常情況下還有其它振動部件，如定子鐵心等。2.1 2.1 水力因素水力因素 振動的水力因素系指振動中的干擾力來自水輪機(jī)水力部分的動水壓力。其特征是帶有隨機(jī)性,且當(dāng)機(jī)組處在非設(shè)計工況或過渡工況運(yùn)行時,因水流狀況惡化,機(jī)組各部件的振動亦明顯增大。產(chǎn)生振動的水力因素主要有:水力不平衡、尾水管低頻水壓脈動、空腔汽蝕、卡門渦列、間隙射流等。 2.1.1 2.1.1 水力不平衡水力不平衡 具有位能和動能的水流通過蝸殼的作用形成環(huán)流,再通過分布均勻的固定和活動導(dǎo)葉均勻作用于轉(zhuǎn)輪激發(fā)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。由于加工和安裝誤差,使導(dǎo)水葉葉片、流道的形狀與尺寸差別較大時,作用于轉(zhuǎn)輪的水流失去軸對稱時就產(chǎn)生一個不平衡橫向力

3、,引起轉(zhuǎn)輪振動,在空載或低負(fù)荷運(yùn)行時振動強(qiáng)烈。 2.1.2 2.1.2 尾水管低頻水壓脈動尾水管低頻水壓脈動 水輪機(jī)在非設(shè)計工況下運(yùn)行時,由于轉(zhuǎn)輪出口處的旋轉(zhuǎn)水流及脫流旋渦和汽蝕等影響,在尾水管內(nèi)常引起水壓脈動。壓力脈動就會激起尾水管壁、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、蝸殼、壓力管道的振動。 2.1.3 2.1.3 空腔汽蝕空腔汽蝕 水流通過水輪機(jī)時,其流向、流速隨流道改變,在流速增高或脫流部位壓力降低到汽化壓力時水流中產(chǎn)生汽泡,汽泡進(jìn)入高壓區(qū)潰滅時便會出現(xiàn)汽蝕。汽蝕發(fā)生時,在汽蝕部位會發(fā)生特殊的噪聲和撞擊聲。空腔汽蝕是流道中因漩渦帶引起脫流、負(fù)壓而造成的壓力交變產(chǎn)生的振動。由空腔汽蝕引起機(jī)組的頂蓋和推力軸承

4、出現(xiàn)劇烈的垂直振動,它比橫向振動的危害更大。 2.1.4 2.1.4卡門渦列卡門渦列 恒定流束繞過物體時,在出口邊的兩側(cè)出現(xiàn)漩渦,形成旋轉(zhuǎn)方向相反、有規(guī)則交錯排列的線渦,進(jìn)而互相干擾、互相吸引,形成非線型的渦列、俗稱卡門渦列如，當(dāng)卡門渦列的沖擊頻率接近于轉(zhuǎn)動體葉片的固有頻率時,將產(chǎn)生共振,并拌有較強(qiáng)的且頻率比較單一的噪聲和金屬共鳴聲。2.1.5 2.1.5 間隙射流間隙射流 在軸流式水輪機(jī)中,葉片和轉(zhuǎn)輪室間隙處由于正背面壓差的存在,會形成一股射流,其速度很高。由于轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn),對轉(zhuǎn)輪室某一部位來說,交替的出現(xiàn)瞬時壓力升高和降低,形成周期性的壓力脈動。這種壓力脈動會引起轉(zhuǎn)輪室振動, 2.2 機(jī)械因

5、素 振動的機(jī)械因素系指振動中的干擾力來自機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其它力。其特征是振動頻率等于機(jī)組的轉(zhuǎn)動頻率或整倍數(shù)的機(jī)組轉(zhuǎn)動頻率。引起振動的機(jī)械因素主要有:轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡;機(jī)組軸線不正;導(dǎo)軸承缺陷等。 2.2.1 2.2.1 機(jī)組軸線不正機(jī)組軸線不正 由于軸承中心線偏斜或偏移、轉(zhuǎn)子的彎曲、轉(zhuǎn)子與軸承的內(nèi)隙以及承載后轉(zhuǎn)子與軸承的變形等原因都將引起軸線不對中。其影響是：產(chǎn)生不平衡離心力；增大轉(zhuǎn)子弓狀回旋半徑；引起迷宮中較強(qiáng)的壓力脈動，有時還會引起機(jī)組的自激振動。有的電廠運(yùn)行檢修經(jīng)驗(yàn)表明，有些不對中的情況還會產(chǎn)生兩倍頻的附加徑向力和擺度，還會有一個轉(zhuǎn)頻的附加軸向力作用在推力軸承上。 2.2.2 2

6、.2.2 軸瓦間隙大軸瓦間隙大 其它條件不變時，軸瓦間隙的大小直接決定轉(zhuǎn)子弓狀回旋半徑，（基本規(guī)律是：間隙有多大，擺度幅值就有多大）；降低轉(zhuǎn)動部件的臨界轉(zhuǎn)速。2.2.3 2.2.3 軸承缺陷軸承缺陷 當(dāng)導(dǎo)軸松動,或間隙過大潤滑又不良,或軸承與固定止漏環(huán)不同心等都會發(fā)生干摩擦,引起機(jī)組的橫向振動。2.2.4 2.2.4 推力頭松動推力頭松動 推力頭松動指推力頭內(nèi)孔和軸頸間存在間隙。當(dāng)推力頭松動時，機(jī)組振動、擺度的特點(diǎn)為：機(jī)組運(yùn)行時的動態(tài)軸線姿態(tài)會發(fā)生突然變化，機(jī)組的振動、擺度忽大忽小，呈不穩(wěn)定狀態(tài)。而且，推力頭松動也會給機(jī)組盤車帶來困難。 2.3 2.3 電磁因素電磁因素 振動的電磁因素系指振動

7、中的干擾力來自發(fā)電機(jī)電氣部分的電磁力。其特征是振動隨勵磁電流的增大而增大。引起電磁振動的主要因素有轉(zhuǎn)子繞組短路、空氣間隙不均勻等。2.3.1 2.3.1 轉(zhuǎn)子繞組短路轉(zhuǎn)子繞組短路 當(dāng)一個磁極因短路而引起磁動勢減小時,和它相對應(yīng)的那個磁極的磁動勢并沒有變,因而出現(xiàn)一個跟轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的輻向不平衡磁拉力,引起轉(zhuǎn)子振動。這種振動的大小取決于失去作用的線圈匝數(shù)。其振動的振幅與勵磁電流有關(guān),用公式表示為=(),勵磁電流增加,振幅增大。當(dāng)去掉勵磁,振動立即消失。所以很容易把這種振動和其它原因產(chǎn)生的振動區(qū)分開來。2.3.2 2.3.2 空氣間隙不均勻空氣間隙不均勻當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不圓或有擺度時,空氣間隙就會不均勻,從而產(chǎn)生單邊的不平衡磁拉力,隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而引起空氣間隙周期性變化,單邊不平衡磁拉力沿著圓周作周期性移動,引起機(jī)組振動。 振動是旋轉(zhuǎn)機(jī)械不可避免的現(xiàn)象,若能將其振幅限制在允許范圍內(nèi),就能確保機(jī)組安全正常運(yùn)行。但較大振動對機(jī)組安全是不利的,會造成如下危害: 3.1 使機(jī)組各連接部件松動,使各轉(zhuǎn)動部件與靜止部件之間產(chǎn)生摩擦甚至掃膛而損壞; 3.2 引