陳禮強

摘 要：本文以軸流式水輪機發(fā)電機組為例，主要介紹了引起機組異常振動的振源類型、特征、危害以及振動規(guī)律等，先不考慮機組設(shè)計制造和安裝檢修質(zhì)量問題引起的異常振動，對正常運行中的機組出現(xiàn)異常振動，經(jīng)分析、判斷，采取措施消除振源或采取有效措施減小振動，并簡略地介紹了防范機組設(shè)計制造和安裝檢修質(zhì)量問題引起異常振動的有效措施，其振源的查找和消除方法。

關(guān)鍵詞：異常振動；振源；平衡；軸線；擺度

中圖分類號：TM732 文獻標(biāo)識碼：A

一、引言

我們知道水輪發(fā)電機組和其它機器設(shè)備一樣，其在運轉(zhuǎn)中的振動是一種普遍存在的，不可能完全避免和消除的現(xiàn)象。只要將振動限制在允許的范圍內(nèi)，它對機組本身及其工作并無妨害。但是當(dāng)振動超過一定限度時，尤其是長期的周期振動及振動過大時，對機組設(shè)備本身及對周圍的建筑物甚至對整個水電站的運行都會帶來很大的危害。振源很復(fù)雜，常常是多種因素作用的結(jié)果，通常是水力、機械、電磁的共同作用且相互影響，一般有受迫振動和自激振動，其中有迫振和共振，倍頻共振和自激振動，甚至個別或部位又有耦聯(lián)振動。因此要消除引起機組異常振動的振源，必須充分了解引起機組異常振動的因素、特征、危害、振動規(guī)律，機組正常運行的振動標(biāo)準(zhǔn)等，用積累的工作經(jīng)驗，借助振動的測試、監(jiān)測與診斷技術(shù)，綜合分析，判斷引起機組異常振動的原因及危害程度，準(zhǔn)確、迅速地做出相應(yīng)的處理，并為檢修消除振源提供第一手技術(shù)資料，常常會起到事半功倍的作用，確保機組安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行。本文以軸流式水輪機發(fā)電機組為例，介紹機組異常振動的處理方法，并簡略地介紹了防范機組設(shè)計制造和安裝檢修質(zhì)量問題引起異常振動的有效措施，其振源的查找和消除方法。

二、機組異常振動的原因及其危害

1 機組異常振動的原因

根據(jù)振源的不同，可分為水力、機械、電磁等三種類型。三種不同振源所引起的不同振動應(yīng)充分了解，這是迅速、準(zhǔn)確地處理機組異常振動的前提。

（1）水力因素

水力不平衡引起的振動。卡門渦列引起的振動。尾水管渦帶引起的振動。尾水管中空腔壓力脈動。軸流式水輪機葉片振動，導(dǎo)葉開度的變化，當(dāng)開度減小到一定程度，葉片表面脫流或空化引起葉片振動和機組振動，實際運行中須考慮這一問題。導(dǎo)葉數(shù)和轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)不匹配引起的壓力脈動。

（2）機械因素

機組軸線不正或?qū)χ胁涣?；轉(zhuǎn)動部件質(zhì)量不平衡；導(dǎo)軸承缺陷；主軸密封調(diào)整不當(dāng)；靜板不平或推力瓦不水平；推力頭松動；導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整不當(dāng)；轉(zhuǎn)子振擺。

（3）電磁因素

發(fā)電機組氣隙不均勻；負序電流引起的反轉(zhuǎn)磁勢；定子不圓，機座合縫不好；定子鐵芯鐵片松動；轉(zhuǎn)子匝間短路。

2 機組異常振動的危害

（1）引起機組零部件金屬焊縫中疲勞破壞區(qū)的形成和擴大，以至斷裂損壞而報廢。

（2）使機組各部位緊固連接部件松動，導(dǎo)致這些緊固連接部件本身的斷裂，加劇被連接部分的振動，促使它們迅速損壞。

（3）加速機組轉(zhuǎn)動部件的磨損，如大軸的劇烈的擺動，使軸與軸瓦的溫度升高，使軸承或軸瓦燒毀；轉(zhuǎn)子振動過大，增加滑環(huán)與碳刷的磨損，使碳刷跳火花。

（4）尾水管中水流脈動壓力可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重的可使整塊鋼板剝落。

（5）共振引起的后果更嚴(yán)重。如機組設(shè)備和廠房產(chǎn)生共振時可使整個設(shè)備和廠房毀壞；卡門渦列引起葉片的周期振動，當(dāng)卡門渦列的振動頻率與葉片固有頻率接近時就會發(fā)生共振，將產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音，使葉片產(chǎn)生疲勞斷裂。

三、水輪發(fā)電機組異常振動處理方法

以上我們可以看到水輪發(fā)電機組異常振動的原因很多，異常振動的危害很大，在眾多、復(fù)雜的因素中，根據(jù)多年的工作經(jīng)驗，用聽、看、感等方法及運行經(jīng)驗，準(zhǔn)確、迅速的判定異常振動的部位及其危害程度，果斷采取措施消除振源或采取有效措施減小振動。

1 振源為機械因素

1.1 機組上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承、推力軸承因長時間運行或因事故甩負荷造成一塊或幾塊松動，軸承間隙過大引起機組異常振動。

（1）其振動的特征

如果機組上或下或水導(dǎo)軸承或推力軸承異常振動，其振動聲響發(fā)出的部位在相應(yīng)的軸承部位，松動程度越大（及間隙越大）所發(fā)出的振動聲響越大，同時上機架或頂蓋振動加劇，其水平振動或垂直振動超過允許值，機組上導(dǎo)或下導(dǎo)或水導(dǎo)軸承的擺度可能超過允許值；機組上導(dǎo)或下導(dǎo)或水導(dǎo)軸承溫度可能上升；有可能因軸承擺度過大，定子與轉(zhuǎn)子間隙不均，引起電磁振動，使機組振動加劇。這種情況應(yīng)當(dāng)及時停機處理。曾經(jīng)發(fā)生過因處理不及時，燒導(dǎo)軸瓦或推力瓦，抗重螺栓被打斷，軸承被損壞的事故，甚至可能引起定子和轉(zhuǎn)子摩擦，而造成定子和轉(zhuǎn)子不同程度的損壞。

（2）處理

立即停機，做好安全措施，根據(jù)機組異常振動特征，檢查上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承，推力軸承，定、轉(zhuǎn)子間隙情況，如果僅僅是上導(dǎo)或下導(dǎo)或水導(dǎo)一塊軸瓦松動，其它均正常，可以只調(diào)整上導(dǎo)或下導(dǎo)或水導(dǎo)軸瓦。如果定、轉(zhuǎn)子間隙不均勻，轉(zhuǎn)子中心移位，須從新調(diào)整轉(zhuǎn)子中心，并調(diào)整上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸瓦以及推力軸承。

（3）處理完畢，然后開機試運行，先將機組空轉(zhuǎn)，檢查機組有無異常振動；正常后，加勵磁，檢查機組有無異常振動，無異常，逐漸帶上負荷，檢查機組帶負荷運行情況，無異常，帶滿負荷運行。

2 振源為水力因素

2.1 導(dǎo)葉開度不均，剪斷銷剪斷，蝸殼有渣滓等因素會造成水力不平衡引起機組異常振動。其振動的特征：振動聲從轉(zhuǎn)輪室發(fā)出，水導(dǎo)軸承的擺度超過允許值，水機室振感較大，頂蓋的水平振幅超過允許值。

處理：

檢查導(dǎo)葉開度是否一致。如果是導(dǎo)葉開度不一至引起的異常振動，應(yīng)停機處理，做好安全措施，關(guān)閉前池閘門，有尾水閘門的應(yīng)關(guān)閉，若必須打開進人孔才能調(diào)整（注意漲洪水時尾水過高，此時不能打開進人孔），特別應(yīng)注意進入渦殼作業(yè)人員與水機層作業(yè)人員相互配合好。導(dǎo)葉開度調(diào)整好后，還應(yīng)全面檢查上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承情況，如有異常必須處理好后，才能開機試運行， 開機試運行方法同1.13。如果是剪斷銷剪斷引起，按各廠規(guī)程處理。如果是蝸殼進入渣滓引起的，應(yīng)停機處理，做好安全措施，關(guān)閉前池閘門，有尾水閘門的應(yīng)關(guān)閉，打開進人孔（注意漲洪水時尾水過高，此時不能打開進人孔），進入渦殼清理渣滓，同樣在處理好后，應(yīng)全面檢查上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承情況，如有異常必須處理好后，然后開機試運行，開機試運行方法同1.13。

2.2 調(diào)速器溜負荷，自動關(guān)到某一開度，前池渣滓太多，前池水位太低，轉(zhuǎn)輪泄水錐脫落等原因，造成尾水管渦帶、尾水管中空腔壓力脈動引起機組異常振動。

處理：

如果是調(diào)速器溜負荷引起的，應(yīng)迅速調(diào)整開度，避開振動區(qū)運行，同時檢查機組振動情況，如頂蓋水平或垂直振動值仍然超過允許值，應(yīng)停機處理。做好安全措施，檢查上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸承，推力軸承，定、轉(zhuǎn)子間隙情況，如果定、轉(zhuǎn)子間隙不均勻，轉(zhuǎn)子中心移位，須從新調(diào)整轉(zhuǎn)子中心，并調(diào)整上導(dǎo)、下導(dǎo)、水導(dǎo)軸瓦以及推力軸承。處理完畢，然后開機試運行，開機試運行方法同1.13。如果是前池渣滓太多引起，應(yīng)停機撈渣，然后開機試運行，如頂蓋水平或垂直振動值仍然超過允許值，應(yīng)停機處理，處理方法同調(diào)速器溜負荷一樣。如果是前池水位太低引起，立即停機，等待水位升高再開機運行。如果非上述幾種情況，那就應(yīng)考慮是否轉(zhuǎn)輪泄水錐脫落引起，其特征是在相同水位下，發(fā)電機負荷有所減小，空轉(zhuǎn)振動仍然很大，這時應(yīng)停機檢查。做好安全措施，進入轉(zhuǎn)輪室檢查水輪機泄水錐是否脫落。

3 振源為電磁因素

3.1 轉(zhuǎn)子繞組短路或轉(zhuǎn)子鐵芯松動引起機組異常振動

（1）其振動的特征

啟勵時，就發(fā)生振動，勵磁電流增大，振動幅值隨之增大，去掉勵磁，振動隨即消失。

（2）處理

停機，做好安全措施，檢查轉(zhuǎn)子線圈和鐵芯。處理好后，才能開機試運行，開機試運行方法同1.13。

3.2 定子鐵芯鐵片松動引起機組異常振動

（1）其振動的特征

有時發(fā)出“嗡”或“吱”的電磁噪音，定子鐵芯溫度升高，定子切向、經(jīng)向振幅出現(xiàn)50Hz或100Hz的頻率，去掉勵磁，振動隨即消失。

（2）處理

停機，做好安全措施，檢查定子鐵芯，加大鐵芯壓力，壓緊鐵芯。處理好后，才能開機試運行， 開機試運行方法同1.13。

結(jié)論

水輪發(fā)電機組運行中出現(xiàn)異常振動是不可避免的，掌握引起機組異常振動的振源的類型、特征、危害以及振動規(guī)律等，對機組不同的異常振動進行分析、判斷，迅速、準(zhǔn)確地消除引起機組異常振動的振源或采取有效措施減小振動，確保機組安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟運行。

參考文獻

[1]鄭源，陳德新.水輪機[M].北京：中國水利水電出版社，2011.

[2]王玲花. 水輪發(fā)電機組振動及分析[M].北京：黃河水利出版社，2011.

[3]任煜峰.水輪發(fā)電機組值班員[M].北京：中國電力出版社，2012.

[4]將靜華，水輪發(fā)電機組運行與維護[M].北京：中國水利水電出版社，1992.