冲击立式水轮发电机振动分析及处理

冲击立式水轮发电机振动分析及处理

现阶段水轮发电机的广泛运用，为相关行业带来了较高的经济利益，然而在其机组运转过程中，如果发生振动故障，不仅会使对设施设备造成影响，还会阻碍水电站的正常运行。所以文章主要针对冲击立式发电机的振动原因及危害进行分析，并结合阿鸠田水电站实际工作经验，提出几点解决措施，以期为水电行业提供一定的理论借鉴依据。

标签：冲击立式水轮发电机组；振动分析；应对措施

1 阿鸠田水电站工程简介

阿鸠田水电站位于云南省保山市龙陵县境内的苏帕河上，坝址位于龙陵县象达乡朝阳村下游6公里，电站首部距保山公路里程为175km，距龙陵县城公路里程为66km。电站为引水式，是苏帕河流域规划梯级的第四级电站。水电站设计装机容量35*3MW，水库总库容15.8×104m3，属Ⅲ等中型工程，永久性主要建筑物为3级，永久性次要建筑物为4级，临时性建筑物为5级。

2 冲击立式水轮发电机振动带来的危害

2.1 固件松动或者断裂

由于使用过程的磨损或者维修保养不当，水轮发电机机组的部分固件会发生松动及断裂情况，如果此时不采取一定的措施，就会连带其他机组发生振动，从而使相关部件及连接部位变得脆弱，降低了使其使用年限。如果该现象比较严重，就会在零件的各个部件之间以及金属和焊缝之间出现疲劳损坏区，长此以往，就会产生大面积损坏区，不仅影响整个机组的使用，而且还可能会出现报废情况。

2.2 廠房的的损坏

比上述情况更为严重的冲击立式水轮机组共振，会发生机组设备与厂房共振的现象，使其在运转过程中对厂房建筑及附近相关机组造成影响，而且也会使得水轮发电机的振动机组旋转部分发生更剧烈的摩擦。

2.3 破坏尾水管设备

水轮发电机在运行过程中，会在尾水管中形成涡流脉动压力，伴随着使用的频繁及维护的不到位，会使尾水管壁在遭受强压情况下发生断裂情况，从而影响整个尾水设备的使用。

3 冲击立式水轮发电机组振动的原因分析

冲击立式水轮发电机不同于一般应用动能的机械机组，其运转程序更加复杂

一些。因此，对其振动因素的分析情况也更加复杂。首先，要考虑的因素是，水轮机组在自己作业运行的情况下，一定会伴随着强烈的振动情况；其次，冲击立式水轮发电机组的运行会伴随着自身压力，而且发电机的运转会带来自身的电磁力及相关零部件的振动，使得零件及连接部位发生相互撞击及碰撞，从而产生大幅度是振动。图1是冲击立式水轮发电机组的剖面图。

以下针对冲击立式水轮发电机组的振动原因进行分析。

3.1 机械方面的原因

冲击立式水轮发电机在自身运行过程中，会产生一定的干扰力，其形成原因主要是机械机组在运转过程中产生的摩擦力以及部件运动产生的惯性，再加上其他一些作用力，就会使得发电机转子在运转过程中无法保持自身的平衡，如果在这种情况下，主轴的刚度不达标准、机组的轴线不正，就会带来机械损坏的严重后果。上述的这些原因都可以归结为机械方面的因素。发生这种振动的主要特征是机组转动的频率及转速是同步的，此时的振幅频率及转速的平方成正比。

3.2 水力方面的原因

水轮机在水中运转时，会经历水的压力干扰，其特点是水的不可控制性。这种振动会在水轮发电机超负荷运行或者无标准设计时较为严重，一些机组部件会在水力不受控制或者流量不够均衡的情况下发生剧烈振动，严重时会导致机组及零部件断裂。水轮发电机的机组振动规律主要是取决于水头的流量，一般会在具有较高负荷以及较低水头的情况下，振动频率才会降低，主要的振动原因取决于以下几个方面：

第一，通流器件中水力不平稳。水流的不可控制性，使其在进入转轮时，发生不对称的现象，从而会对机组产生一定的横向阻力，从而使器件发生振动，这种情况会在低荷载或者零荷载时对机组造成高强度的振动。因此，通流器中的水力不稳定情况会进而造成流体的不对称现象。

第二，尾部流通管产生涡流带现象。水轮发电机机组中的涡流带设计较为复杂，在计算流体负载时，定桨式的流体输送机要求局部负载达到最优化，即器件的开度控制在40%～70%之间，也可以是达到最优流体载量的30%～80%之间。这种情况下会使尾部的流通管中出现不平稳的流体模式。

第三，卡门涡流。这种涡流主要是流体在进入轮片输出口时，会形成涡流列，在当涡流列在轮片间来回冲撞时，会使其轮片受到水流的冲击，而此时如果撞击流与轮片转速的振动频率相同，就会出现共振现象。如果情况严重就会使得轮片的底部及边缘产生裂痕，并伴随一定的噪音。

第四，尾部流通管安装的位置较低。一般的冲击立式水轮发电机在安装流体出口时会选择较低的位置，这样一来会使其出口的水流呈现不稳定现象，所以在安装转桨式的流体输出口时，如果没有在转弯之间设定好稳定的水流状态，就会

形成周期性的水流冲击，从而导致周围相关部件的振动。

3.3 电气因素造成的振动

冲击立式水轮发电机组在运行过程中，自身会产生一定的磁场力，从而引发相关机组的振动，此时发电机组在水流冲击不平衡的情况下，就会使其三相电流出现故障，再加上机组的转子接地在运行过程中的故障及磁场不均的现象，从而导致电气振动。这些因素中的转子接地主要是由于，发生故障导致接地后会伴随一定的短路情况，进而使其运行阻值变小，特别是在故障点如果流经较大的电流量，极容易造成整体运转机组的电压不稳，使其水轮发电机组产生严重的振动现象。

4 冲击立式水轮发电机振动的处理对策分析

4.1 机械方面原因的应对措施

首先应将机组的精密度及同心度进行提高测试，可以通过调整轴线、改变轴瓦间隙或者平衡相对改动等方法进行解决。应在对其机组运行进行一定的测试及数据统计后，进行计算及对比分析，从而得出机组运行时振动最小的一组情况，分析原因，找到相关机械部位，进行振幅调试，从而减轻机组振动，保证冲击立式水轮发电机的安全平稳运行。

4.2 水力因素造成振动的主要应对措施

可以通过两种方式进行处理，一种是将叶轮替换成可以减小水流阻力的型号，或者是将叶轮在水流流出的一方进行削薄处理，从而将两端的交流漩涡摩擦力减小；另一种是将卡门的涡流频率及叶轮原有的频率进行更换，从而保证不与水流发生共振现象。

4.3 电气因素造成振动的主要应对措施

对于电气因素造成的振动，要定期检修测验，在运行的时候做到早发现早处理，多加强保护监控，及时找出电气故障并加以处理。

5 结束语

水力发电在现阶段属于应用比较广泛的发电手段，具有发电量大、成本相对较低、节能环保等优势，但在实际操作中也会存在一定的问题。因此，呼吁相关部门及工作人员，在进行发电机组振动问题的处理时，一定要落实实际，加强故障分析及人员维护，及早查明故障原因，及早进行防患，从而提升水电工程的运行效率。

参考文献

[1]李志勇.电网调度工作票管理系统的优化设计[J].河北电网技术，2001（3）：29-31.

[2]金正淑.面向对象的变电两票综合管理系统[J].黑龙江电力，2003（6）：237-239.