水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的原因及處理方法

水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的原因及處理方法［摘要］水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障會(huì)嚴(yán)重破壞水電站的穩(wěn)定運(yùn)行。本文介紹了水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的主要危害，探討了電氣原因、水力因素及機(jī)械原因造成的水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及處理方法。［關(guān)鍵詞］水力發(fā)電機(jī)組；主要危害；振動(dòng)產(chǎn)生的原因；處理方法水輪發(fā)電機(jī)組作為水電站的核心組成部分，它的安全穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)乎整個(gè)水電站的經(jīng)濟(jì)效益和運(yùn)行效益。水力發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)主要有機(jī)械振動(dòng)、水力振動(dòng)和電磁振動(dòng)，不同的振動(dòng)故障產(chǎn)生的原因也不盡相同。因此，科學(xué)掌握水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的原因，提高機(jī)組運(yùn)行效率具有重要的意義。1、水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的主要危害水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的主要危害有以下幾個(gè)方面。①尾水管中形成的渦流脈動(dòng)壓力會(huì)使尾水管壁產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象,嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致整體尾水設(shè)施遭到破壞。②振動(dòng)會(huì)引起機(jī)組零部件金屬和焊縫之間疲勞破壞區(qū)形成并擴(kuò)大，其機(jī)能減弱。隨著裂紋的擴(kuò)大，產(chǎn)生裂縫，最后造成斷裂而報(bào)廢。③磨損程度較大、軸劇烈振動(dòng)，使軸與軸瓦溫度升高，容易燒壞軸瓦,發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子振動(dòng)過(guò)大，增加滑環(huán)電刷磨損程度，造成電刷火花不斷增大。④發(fā)電機(jī)組振動(dòng)過(guò)大，使得發(fā)電機(jī)各連接部件產(chǎn)生松動(dòng)，這樣會(huì)使得轉(zhuǎn)動(dòng)部分與相對(duì)靜止部分產(chǎn)生相對(duì)摩擦，進(jìn)而可能出現(xiàn)掃膛而損壞機(jī)器。2、電氣原因?qū)е碌乃Πl(fā)電機(jī)組振動(dòng)及處理方法2.1三相負(fù)荷因素引發(fā)的振動(dòng)及處理。在實(shí)際水電生產(chǎn)過(guò)程中，發(fā)電機(jī)組經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)荷不對(duì)稱問(wèn)題即發(fā)電機(jī)定子單向接地或者兩相短路時(shí)，便會(huì)出現(xiàn)三相負(fù)荷不對(duì)稱問(wèn)題。當(dāng)負(fù)荷不平衡時(shí)，三相繞組會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流，產(chǎn)生負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。一旦負(fù)序磁場(chǎng)正對(duì)發(fā)電機(jī)縱軸時(shí)，較小氣隙會(huì)增大轉(zhuǎn)子間作用力。一旦負(fù)序磁場(chǎng)正對(duì)發(fā)電機(jī)橫軸時(shí)，較大氣隙會(huì)減小轉(zhuǎn)子間作用力。因此負(fù)序磁場(chǎng)造成定轉(zhuǎn)子間作用力忽大忽小，便會(huì)造成定子機(jī)座與轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題。針對(duì)此種問(wèn)題，需要設(shè)置發(fā)電機(jī)阻尼繞組來(lái)減小負(fù)序電流，在負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子時(shí)，電阻中安裝的漏電抗很小的阻尼繞組便可以產(chǎn)生較大感應(yīng)電流，對(duì)負(fù)序磁場(chǎng)進(jìn)行削弱，從而減少產(chǎn)生的負(fù)序電流避免出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題。2.2靜態(tài)氣息因素造成的振動(dòng)及處理。對(duì)于水力發(fā)電機(jī)，在安裝時(shí)如果定、轉(zhuǎn)子不同心，或者發(fā)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子不圓，在后期運(yùn)行過(guò)程中很容易出現(xiàn)氣隙不均勻問(wèn)題。此類問(wèn)題發(fā)生后會(huì)影響氣隙磁場(chǎng)均勻性，在定子上產(chǎn)生相對(duì)靜止單邊磁拉力或者周期性交變磁拉力，并在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生周期性交變性磁拉力，進(jìn)而造成機(jī)組振動(dòng)。想要消除此類因素影響，就需要采取措施來(lái)消除在靜態(tài)氣息不均勻問(wèn)題，即機(jī)組安裝與運(yùn)行前需要準(zhǔn)確測(cè)量發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子圓度，并利用墊片設(shè)置在磁極與磁軛間進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)還可以增加上機(jī)架徑向支撐剛度，以及提高動(dòng)態(tài)平衡精度。3、水力因素引起的水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及處理方法3.1水力因素引起的振動(dòng)原因。①卡門渦列：圍繞著物體的恒流通過(guò)時(shí)，在出口的兩側(cè)邊緣出現(xiàn)了漩渦，形成了有規(guī)則交錯(cuò)排列、向相反方向旋轉(zhuǎn)的旋渦，從而相互吸引、相互干擾，形成了非線形的渦列，通常被稱為卡門渦列。當(dāng)卡門渦列沖擊頻率和旋轉(zhuǎn)物體葉片固有頻率比較接近的時(shí)候，葉片的固有頻率會(huì)產(chǎn)生共振，并帶有強(qiáng)烈且頻率單一的噪聲以及金屬共振的聲音。②空腔汽蝕：水輪機(jī)有水流通過(guò)的時(shí)候，流速、流向受到流道的影響發(fā)生變化，在流速增加或脫流部位壓力減少到汽化壓力的時(shí)候，水流中會(huì)出現(xiàn)汽泡，氣泡在進(jìn)入高壓區(qū)之后會(huì)潰滅，從而導(dǎo)致汽濁出現(xiàn)?？涨黄g是在流道中由于漩渦帶引起負(fù)壓、脫流而導(dǎo)致壓力交變?cè)斐傻?。因空腔汽蝕造成機(jī)組的推力軸承和頂蓋產(chǎn)生劇烈的垂直振動(dòng)，相較于橫向振動(dòng)，垂直振動(dòng)的危害更大。③尾管的低頻率水壓脈沖：水輪機(jī)在非設(shè)計(jì)工況條件下運(yùn)行的時(shí)候，由于轉(zhuǎn)輪受到出口處的脫流旋渦和旋轉(zhuǎn)水流以及汽蝕等影響，在尾水管內(nèi)常常會(huì)引起水壓脈動(dòng)，特別是在尾水管內(nèi)出現(xiàn)大型渦帶之后，渦帶以近似固定的頻率在管內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而導(dǎo)致低頻壓力脈動(dòng)。當(dāng)水流在管道中流動(dòng)時(shí)，壓力脈動(dòng)會(huì)激起尾管壁、轉(zhuǎn)子、蝸殼、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和壓力管的劇烈振動(dòng)④水力不平衡：具有動(dòng)能和位能的水流是由蝸殼的作用而形成的環(huán)流，它是經(jīng)過(guò)均勻分布的固定以及活動(dòng)導(dǎo)葉片作用到旋轉(zhuǎn)輪上，旋轉(zhuǎn)輪被激活而旋轉(zhuǎn)。因?yàn)榧庸?、安裝誤差，導(dǎo)水葉葉片、流量通道的形狀大小差異比較大的時(shí)候，作用旋轉(zhuǎn)輪的水流在失去軸對(duì)稱的情況下就會(huì)出現(xiàn)不平衡橫向力，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪振動(dòng)，當(dāng)無(wú)負(fù)載和低負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)候，振動(dòng)比較強(qiáng)烈。3.2處理方法。對(duì)于水力因素引起的強(qiáng)烈振動(dòng)，可以采取下列措施處理：①對(duì)止漏間隙不當(dāng)造成的振動(dòng)的消除方法，可以通過(guò)調(diào)整間隙使其均勻的方法。實(shí)踐證明：適當(dāng)增加外止漏環(huán)間隙，可明顯減弱轉(zhuǎn)輪偏心運(yùn)動(dòng)對(duì)背壓止漏環(huán)間隙壓力的影響，進(jìn)而減少振動(dòng)。②氣濁和尾水管渦流引起機(jī)組的強(qiáng)烈振動(dòng)，可以使用補(bǔ)氣措施進(jìn)行消振或是減振，也可以使用安裝導(dǎo)流瓦和導(dǎo)流翼板等在尾水管入口處，可以減少和消除渦帶引起的振動(dòng)。③對(duì)于卡門渦列造成的振動(dòng)，可以采取改變?nèi)~片固有頻率或卡門渦列頻率的方法，也可以改型或削薄葉片出水邊，也就是說(shuō)，抵消、削弱正反雙方側(cè)面構(gòu)成的交變漩渦，避免造成共振。4、機(jī)械原因造成的水力發(fā)電機(jī)組振動(dòng)及處理方法轉(zhuǎn)動(dòng)部件因素引起的振動(dòng)及處理。轉(zhuǎn)動(dòng)部件故障是影響水輪發(fā)電機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性的常見(jiàn)原因，其主要包括靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩類。其中動(dòng)態(tài)質(zhì)量不平衡即發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行一段時(shí)間后，受各項(xiàng)因素影響各部件松動(dòng)或者位移，造成機(jī)組旋轉(zhuǎn)質(zhì)量平衡性降低。在加上部分機(jī)組轉(zhuǎn)速高并且轉(zhuǎn)子較長(zhǎng)，在運(yùn)行過(guò)程中也會(huì)出現(xiàn)不平衡力偶問(wèn)題。通過(guò)對(duì)此方面因素的分析，需要重點(diǎn)做好轉(zhuǎn)動(dòng)部件的選擇與安裝，保證各細(xì)節(jié)實(shí)施效率，并采取可靠措施來(lái)防止磁軛運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的不均勻徑向外移。另外，還可以選擇用檢測(cè)儀器與平衡重配置軟件，對(duì)各部件進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)平衡試驗(yàn)，對(duì)不平衡部位進(jìn)行處理。機(jī)組支撐因素導(dǎo)致的振動(dòng)及處理。如果發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)靜態(tài)剛度較低這樣在生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中很容易受外力影響而出現(xiàn)較大的變形。同樣如果其動(dòng)態(tài)剛度較低，在受到力矩或者不平衡力影響時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致機(jī)組設(shè)備產(chǎn)生較大振動(dòng)。就我國(guó)水電建設(shè)生產(chǎn)現(xiàn)狀來(lái)看，存在因?yàn)闄C(jī)座、負(fù)荷機(jī)架以及磁軛等部件剛度不足，導(dǎo)致機(jī)組固有頻率過(guò)低而出現(xiàn)運(yùn)行振動(dòng)的問(wèn)題。并且當(dāng)燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)或者軸系剛度較低時(shí)，情況嚴(yán)重的甚至還會(huì)出現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子掃膛事故，降低生產(chǎn)安全性。因此在面對(duì)此類問(wèn)題時(shí)，必須要保證機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)具有足夠的靜、動(dòng)態(tài)剛度，滿足機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行要求，避免為降低投資成本而減小安全裕度。444.3機(jī)械軸線因素引發(fā)的振動(dòng)及處理。機(jī)械軸線不正或者對(duì)中不良會(huì)加劇發(fā)電機(jī)組振動(dòng)加劇，降低其運(yùn)行穩(wěn)定性，在生產(chǎn)過(guò)程中比較常見(jiàn)，需要及時(shí)采取措施進(jìn)行處理。發(fā)電機(jī)上端軸與轉(zhuǎn)子中心體不同心、發(fā)電機(jī)軸與轉(zhuǎn)子中心體不同心以及水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸的軸心不正等，均會(huì)導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)問(wèn)題。此時(shí)，要求加強(qiáng)對(duì)機(jī)組各部位的巡檢檢測(cè)技術(shù)管理，在安裝階段需要嚴(yán)格按照專業(yè)規(guī)范來(lái)進(jìn)行，確保所有細(xì)節(jié)均滿足要求，提高設(shè)備選擇與安裝效率。5、結(jié)束語(yǔ)水力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行的過(guò)程當(dāng)中，一旦出現(xiàn)較大振動(dòng)，會(huì)影響水電站的正常運(yùn)行，降低能源的利用率。在實(shí)際工作中，水電站中的相關(guān)工作人員要選擇合理的動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)，熟練掌握運(yùn)行維護(hù)技巧，加強(qiáng)機(jī)組全面評(píng)價(jià)體系，針對(duì)水力發(fā)電機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，采取有效的解