水力發(fā)電機組振動產(chǎn)生的原因及處理方法

水力發(fā)電機組振動產(chǎn)生的原因及處理方法［摘要］水力發(fā)電機組振動故障會嚴重破壞水電站的穩(wěn)定運行。本文介紹了水力發(fā)電機組振動產(chǎn)生的主要危害，探討了電氣原因、水力因素及機械原因造成的水力發(fā)電機組振動及處理方法。［關(guān)鍵詞］水力發(fā)電機組；主要危害；振動產(chǎn)生的原因；處理方法水輪發(fā)電機組作為水電站的核心組成部分，它的安全穩(wěn)定運行關(guān)乎整個水電站的經(jīng)濟效益和運行效益。水力發(fā)電機組產(chǎn)生振動主要有機械振動、水力振動和電磁振動，不同的振動故障產(chǎn)生的原因也不盡相同。因此，科學(xué)掌握水力發(fā)電機組振動產(chǎn)生的原因，提高機組運行效率具有重要的意義。1、水力發(fā)電機組振動產(chǎn)生的主要危害水力發(fā)電機組振動產(chǎn)生的主要危害有以下幾個方面。①尾水管中形成的渦流脈動壓力會使尾水管壁產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象,嚴重時會導(dǎo)致整體尾水設(shè)施遭到破壞。②振動會引起機組零部件金屬和焊縫之間疲勞破壞區(qū)形成并擴大，其機能減弱。隨著裂紋的擴大，產(chǎn)生裂縫，最后造成斷裂而報廢。③磨損程度較大、軸劇烈振動，使軸與軸瓦溫度升高，容易燒壞軸瓦,發(fā)電機轉(zhuǎn)子振動過大，增加滑環(huán)電刷磨損程度，造成電刷火花不斷增大。④發(fā)電機組振動過大，使得發(fā)電機各連接部件產(chǎn)生松動，這樣會使得轉(zhuǎn)動部分與相對靜止部分產(chǎn)生相對摩擦，進而可能出現(xiàn)掃膛而損壞機器。2、電氣原因?qū)е碌乃Πl(fā)電機組振動及處理方法2.1三相負荷因素引發(fā)的振動及處理。在實際水電生產(chǎn)過程中，發(fā)電機組經(jīng)常會出現(xiàn)三相負荷不對稱問題即發(fā)電機定子單向接地或者兩相短路時，便會出現(xiàn)三相負荷不對稱問題。當(dāng)負荷不平衡時，三相繞組會產(chǎn)生負序電流，產(chǎn)生負序旋轉(zhuǎn)磁場。一旦負序磁場正對發(fā)電機縱軸時，較小氣隙會增大轉(zhuǎn)子間作用力。一旦負序磁場正對發(fā)電機橫軸時，較大氣隙會減小轉(zhuǎn)子間作用力。因此負序磁場造成定轉(zhuǎn)子間作用力忽大忽小，便會造成定子機座與轉(zhuǎn)子出現(xiàn)振動問題。針對此種問題，需要設(shè)置發(fā)電機阻尼繞組來減小負序電流，在負序旋轉(zhuǎn)磁場切割轉(zhuǎn)子時，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，對負序磁場進行削弱，從而減少產(chǎn)生的負序電流避免出現(xiàn)振動問題。2.2靜態(tài)氣息因素造成的振動及處理。對于水力發(fā)電機，在安裝時如果定、轉(zhuǎn)子不同心，或者發(fā)電機定子與轉(zhuǎn)子不圓，在后期運行過程中很容易出現(xiàn)氣隙不均勻問題。此類問題發(fā)生后會影響氣隙磁場均勻性，在定子上產(chǎn)生相對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，進而造成機組振動。想要消除此類因素影響，就需要采取措施來消除在靜態(tài)氣息不均勻問題，即機組安裝與運行前需要準確測量發(fā)電機轉(zhuǎn)子圓度，并利用墊片設(shè)置在磁極與磁軛間進行調(diào)整，同時還可以增加上機架徑向支撐剛度，以及提高動態(tài)平衡精度。3、水力因素引起的水力發(fā)電機組振動及處理方法3.1水力因素引起的振動原因。①卡門渦列：圍繞著物體的恒流通過時，在出口的兩側(cè)邊緣出現(xiàn)了漩渦，形成了有規(guī)則交錯排列、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候，葉片的固有頻率會產(chǎn)生共振，并帶有強烈且頻率單一的噪聲以及金屬共振的聲音。②空腔汽蝕：水輪機有水流通過的時候，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候，水流中會出現(xiàn)汽泡，氣泡在進入高壓區(qū)之后會潰滅，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壓、脫流而導(dǎo)致壓力交變造成的。因空腔汽蝕造成機組的推力軸承和頂蓋產(chǎn)生劇烈的垂直振動，相較于橫向振動，垂直振動的危害更大。③尾管的低頻率水壓脈沖：水輪機在非設(shè)計工況條件下運行的時候，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)常常會引起水壓脈動，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，從而導(dǎo)致低頻壓力脈動。當(dāng)水流在管道中流動時，壓力脈動會激起尾管壁、轉(zhuǎn)子、蝸殼、導(dǎo)水機構(gòu)和壓力管的劇烈振動④水力不平衡：具有動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)過均勻分布的固定以及活動導(dǎo)葉片作用到旋轉(zhuǎn)輪上，旋轉(zhuǎn)輪被激活而旋轉(zhuǎn)。因為加工、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候，作用旋轉(zhuǎn)輪的水流在失去軸對稱的情況下就會出現(xiàn)不平衡橫向力，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)輪振動，當(dāng)無負載和低負荷運行的時候，振動比較強烈。3.2處理方法。對于水力因素引起的強烈振動，可以采取下列措施處理：①對止漏間隙不當(dāng)造成的振動的消除方法，可以通過調(diào)整間隙使其均勻的方法。實踐證明：適當(dāng)增加外止漏環(huán)間隙，可明顯減弱轉(zhuǎn)輪偏心運動對背壓止漏環(huán)間隙壓力的影響，進而減少振動。②氣濁和尾水管渦流引起機組的強烈振動，可以使用補氣措施進行消振或是減振，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。③對于卡門渦列造成的振動，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，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、機械原因造成的水力發(fā)電機組振動及處理方法轉(zhuǎn)動部件因素引起的振動及處理。轉(zhuǎn)動部件故障是影響水輪發(fā)電機運行穩(wěn)定性的常見原因，其主要包括靜態(tài)與動態(tài)兩類。其中動態(tài)質(zhì)量不平衡即發(fā)電機組在運行一段時間后，受各項因素影響各部件松動或者位移，造成機組旋轉(zhuǎn)質(zhì)量平衡性降低。在加上部分機組轉(zhuǎn)速高并且轉(zhuǎn)子較長，在運行過程中也會出現(xiàn)不平衡力偶問題。通過對此方面因素的分析，需要重點做好轉(zhuǎn)動部件的選擇與安裝，保證各細節(jié)實施效率，并采取可靠措施來防止磁軛運行時產(chǎn)生的不均勻徑向外移。另外，還可以選擇用檢測儀器與平衡重配置軟件，對各部件進行現(xiàn)場平衡試驗，對不平衡部位進行處理。機組支撐因素導(dǎo)致的振動及處理。如果發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)靜態(tài)剛度較低這樣在生產(chǎn)運行過程中很容易受外力影響而出現(xiàn)較大的變形。同樣如果其動態(tài)剛度較低，在受到力矩或者不平衡力影響時，就會導(dǎo)致機組設(shè)備產(chǎn)生較大振動。就我國水電建設(shè)生產(chǎn)現(xiàn)狀來看，存在因為機座、負荷機架以及磁軛等部件剛度不足，導(dǎo)致機組固有頻率過低而出現(xiàn)運行振動的問題。并且當(dāng)燈泡貫流式水輪發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)或者軸系剛度較低時，情況嚴重的甚至還會出現(xiàn)發(fā)電機轉(zhuǎn)子掃膛事故，降低生產(chǎn)安全性。因此在面對此類問題時，必須要保證機組支撐結(jié)構(gòu)具有足夠的靜、動態(tài)剛度，滿足機組穩(wěn)定運行要求，避免為降低投資成本而減小安全裕度。444.3機械軸線因素引發(fā)的振動及處理。機械軸線不正或者對中不良會加劇發(fā)電機組振動加劇，降低其運行穩(wěn)定性，在生產(chǎn)過程中比較常見，需要及時采取措施進行處理。發(fā)電機上端軸與轉(zhuǎn)子中心體不同心、發(fā)電機軸與轉(zhuǎn)子中心體不同心以及水輪機軸與發(fā)電機軸的軸心不正等，均會導(dǎo)致機組出現(xiàn)振動問題。此時，要求加強對機組各部位的巡檢檢測技術(shù)管理，在安裝階段需要嚴格按照專業(yè)規(guī)范來進行，確保所有細節(jié)均滿足要求，提高設(shè)備選擇與安裝效率。5、結(jié)束語水力發(fā)電機組在運行的過程當(dāng)中，一旦出現(xiàn)較大振動，會影響水電站的正常運行，降低能源的利用率。在實際工作中，水電站中的相關(guān)工作人員要選擇合理的動態(tài)評價指標(biāo)，根據(jù)機組運行特點，熟練掌握運行維護技巧，加強機組全面評價體系，針對水力發(fā)電機組運行過程中經(jīng)常出現(xiàn)的問題，采取有效的解