浅析水电站发电机机械振动的问题研究

浅析水电站发电机机械振动的问题研究

陈星悦

四川能投集团西部阳光电力开发有限公司陈星悦四川阿坝623000

摘要：对于水电站来说，发电机组出现机械振动现象不可避免，问题是一旦出现问题应该如何解决。本文中，笔者以传统的水轮发电机组为例，探究了水电站发电机机械振动的问题，希望能从中提取有效价值。运行中的机组如果振动过大，则会影响生产的安全性，甚至有可能造成事故停机。因此，对机组振动原因进行分析并在机组运行过程中可能进行的跟踪、监测，可以将机组振动有效地控制在规范允许范围内。

关键词：水轮发电；发电机；机械振动；原因；处理方法

1、概述

水轮发电机组可以看作是具有一定质量的弹性组合体，当它做旋转运动时，所受作用力不可能绝对平衡，因此不可避免要产生振动。由于自身结构及外力的干扰，会使其在原有旋转运动的平衡位置附近进行附加的周期往复运动，这种运动即是水轮发电机组的振动。由于水轮发电机组转动部分是细长型，且其主要重量集中于发电机部位，对于不平衡力反应非常敏感，因此，水轮发电机组在安装过程中均需要盘车，检查调整机组轴线。

《水论发电机组安装技术规范》(GB8564—88)对机组轴线折弯曲值及机组振动允许值规定见表1、表2。

表1、机组轴线允许摆度值(双振幅)

注：①相对摆度=绝对摆度(mm)/测量部位至镜板距离(m)

②绝对摆度是指在测量部位测出的实际摆度值

③在任何情况下，水轮机导轴承处的绝对摆度不得超过以下值：

转速在250r/min以下的机组为0.35mm

转速在250—600r/min的机组为0.25mm

转速在600r/min以上的机组均为0.20mm

多段轴结构的机组，在盘车时应测量各段轴的折弯情况，偏差一般不大于0.04mm/m

表2水轮发电机各部振动允许值

注：振动系指机组在各种正常运行工况下的测量值。

2、振动的原因

水轮发电机组，尤其是多段轴结构的大型机组，在高速运转的过程中，由于自身的结构以及不平衡外力的干扰，会在其原有的旋转运动的平衡位置附近又进行附加的周期性往复运动。另外，机组由于本身和外力的原因还要产生自激振动。但是受迫振动是导致振幅增大的主要原因。受迫振动的干扰力有：来自水轮机部分的动水压力；机械部分的惯性力，摩擦力；发电机部分的不平衡电磁力等等，所以从实际工作中把引起水轮发电机组振动的原因主要分为以下几个方面：

2.1水力因素

蜗壳、转轮流道不光滑不平整。机组导叶或叶片开口不均。止漏环间隙不均匀以及真空涡带。转轮叶片变形断裂，导水机构连杆脱落，连杆叉头销子脱落或间隙过大。分半键松动，导叶轴承间隙过大，迷宫环间隙不均匀。转轮叶片断裂或相邻的几个剪断销同时折断。转轮叶片形线不好。由尾水管内偏心涡带引起的振动。

2.2机衡因素

水轮机、发电机轴线不正。推力头与镜板结合螺丝松动或推力头与镜板间绝缘垫变形或破裂。推力头与轴配合间隙过大。三导轴承不同心或轴承与轴不同心。导轴承间隙过大或调整不当，或轴承润滑不良。转子(主要是发电机转子)质量失均，与发电机同轴的励磁机转子不正。定子基础螺栓，上下机架基础螺栓松动。

2.3电磁因素

发电机定、转子气隙不均匀，磁极线圈匝间短路及磁极线圈交流电阻阻抗不平衡。定子椭圆度大，三相负荷不平衡。定子铁心松动，定子组合缝松动。以上所述的三大不平衡因素是引起水轮发电机组振动的重要因素。对于已经投入运行的水轮发电机组，在运行中所发生的振动问题，我们要从安装质量，机组运行工况以及动态因素的各方面加以分析处理。同时在分析过程中，不能不考虑到静态的存在，因为在引起各种振动的因素中，起矢量可能是相互叠加，也可能是相互抵消的。静态因素尽管不会引起振动幅值的变化，但它能够降低机组的稳定性，减弱机组抗冲击性的能力。事实上。流体——机械——电磁三部分是相互影响，相互作用的。例如，由于机组转动部件存在的动不平衡，干扰了进入水轮机的水流流态，改变了流体的均匀性和对称性，恶化了水力稳定性，同时引起了发电机定、转子之间气隙不均匀，导致磁拉力不平衡。三者叠加在一起，相互增加或削弱。因此，严格地说水轮发电机组的振动是三者的藕荷振动。

3、振动处理的策略探究

对于已经投入运行的水轮发电机组，一旦出现了振动问题,就要立足与迅速分析导致振动的原因，确定引起故障振动的性质。如果没有条件立刻进行处理，则可以作为一种预测手段来判断故障的演化情况，防止演变成事故。对于振动处理的一般原则如下：在振动消除之前，应进行跟踪检测，主要是观察振动是继续扩大还是稳定在一个水平上，并查出振动的区域。一方面根据振动的变化有助于分析判断原因，另一方面可以防止因状态恶化造成更大事故。先易后难地排除引起振动的各种因素，利用机组小修或中修的机会层层推进，以达到逐步消除振动的目的，取得最大的经济效益。先将有可能酿成事故的因素排除，对于有些因振动引起的因素若不及时掌握情况加以处理，责有可能造成更大设备损坏，从而酿成事故。如定子线棒松动，转子磁极松动等。在振动分析处理过程中，必须首先排除此类因素。分析检查各间隙相对变化率大的原因，视情处理，利用综合平衡法使之控制机组运转状态减少不平衡力。

无论任何类型的投运机组，只要它们存在以上的三大因素所引起的振动，对其本身的使用寿命和经济效益，都会带来不可估量的损失，因此对机组振动，有必要进行状态跟踪、监测，把事故的隐患降到最低点。

[参考文献]

[1]梁武、杜标、陈猛、刘森、杨胜锋、熊文府、杨秀山.水轮发电机机座振动时效试验研究[J].装备制造技术，2009（12）

[2]朱春波,薛弘,罗伟加,李剑荣.发电机机械振动原因的分析与处理方法[J].山西冶金,2016(04)