水轮发电机组振动危害性分析及预防

电力18讯：    作者：福建省惠安县陈田水库发电站 林景山

    水轮发电机组在运行中产生振动现象是不可避免的，这是由多种因素引发机组振荡的综合效应。在设备运行生产管理工作中，应注意加强对机组振动现象及其危害性的分析与预防。

    １  水轮发电机组振动类型

    １．１  机械类振动。由于机械部分的平衡力引起的振动称为机械类振动。例如，转动部分重量不平衡、轴线偏差、摆动过大等。其主要特点是振动频率与机组转速一致，有时振幅与转速成正比。
    １．２  电气类振动。由于电气方面的原因造成发电机磁场不平衡而引起的振动称为电气振动。例如，发电机在三相电流不对称情况下运行磁场不均匀，发电机短路故障等。其主要特点是振幅与励磁电流大小成正比。
    １．３  水施类振动。由于某些原因引起水轮机蜗壳内受力不平衡而造成的振动称为水施类振动。例如，尾水涡带、叶片水卡门涡列、转轮圆圈边间隙不均匀、转轮气蚀等。其特点是振幅与导叶开度有关，往往开度愈大，振幅愈大。

    ２  水轮机组振动所带来的危害

    ２．１  引起机组零部件金属和焊缝间疲劳破坏区的形成和扩大，从而使之产生裂纹，甚至断裂损坏而报废。
    ２．２  使机组部分紧固部件松动，不仅会导致这些紧固件本身的断裂，而且加剧被其连接部分的振动，促使它们加速损坏。
    ２．３  加速机组转动部分相互磨损程度。如大轴剧烈摆动可使轴与轴瓦的温度升高，使轴瓦烧毁；发电机转子振动过大增加滑环电刷磨损程度，并使温度升高，使轴瓦烧毁；发电机转子振动过大增加滑环电刷磨损程度，并使电刷火花不断增大。
    ２．４  尾水管中形成的涡流脉动压力可使尾水管壁产生裂缝，严重时可使整体尾水设施遭到破坏。
    ２．５  水轮机组共振引起的后果更加严重。如机组设备与厂房的共振，可使整个设备和厂房遭到不同程度的损坏。

    ３  引起振动的原因及预防措施

    ３．１  机械方面的因素有：①由于主轴的弯曲或挠曲、推力轴承调整不良、轴承间隙过大、主轴法兰连接不紧和机组几何线中心点不准引起空载低速时的振动；②因转轮等旋转件与静止件相碰而引起的振动；③转动部分重量不平衡引起的振动，且随转速上升振动增大而与负荷无关，这是常见的，特别是焊补转轮或更换浆叶后更容易发生。
    对机械原因引起的振动应采取的措施：通过动平衡、调整轴线或调整轴瓦间隙等来提高相对同心度和精密度。
    ３．２  水施方面的因素有：①尾水管中水流涡带所引起的压力脉动诱发的水轮机振动，严重的还引起厂房共振；②卡门涡列引起的振动，当水流流经非流线型障碍物时，在其后面尾流中分裂一系列变态旋涡，即所谓卡门涡列，这种涡列交替地作顺时针或反时针方向旋转，在其不断旋转与消失过程中，会在垂直于主流方向发生交变力导致的叶片振动，严重时会发出响声，甚至使叶片根部振裂；③转轮止漏间隙不均匀引起的振动，间隙大处其流速较小而压力较大，其振频与止漏环偏心运动频率相同；④冲击式水轮机尾水涨振动，正常时，冲击式水轮机的尾水位与转轮必须保持一定距离，尾水应无压流动，如尾水渠壅水回溅到水斗上，扰乱水斗与射流的正常流程，也会引起机组效率下降和振动。
    对于水施因素造成的振动，可以采取以下对应措施：①气蚀与尾水管涡带引起的机组振动，可采用补气的措施减振消振，增加共泄水锥或增加同轴扩散形内层不管段，也可以在尾水管入口处装导流瓦和导流翼板等，都可以使涡带引起的振动减轻或消失；②对于卡门涡列引起的振动，可以采取改变卡门涡列频率或叶片固有频率的办法，也可以将叶片出水边削薄或改型，使正、反两侧面构成的交变漩涡抵消或削弱，避免共振；③止漏间隙不当引起的振动，调整间隙使其匀称，实践证明，适当增大外止漏环间隙，可使转轮偏心运动对转轮背压止漏环间隙压力的影响明显减弱，从而减小振动。冲击式水轮机机壳上补气孔太小或冒水而使尾水位抬高甚至淹没转轮，使尾水形成有压流动，使机组产生强烈振动，甚至危及机组安全，可以增加补气孔面积以消除之。
    ３．３  电气方面的因素有：①由于制造或安装的原因而造成发电机转子与定子间的空气隙不均匀，产生不平衡的磁拉力；②转子磁极绕组匝间短路时，产生不平衡磁拉力；③发电机在不对称工况下运行，产生不对称的磁力