小型水轮发电机组运行中的振动分析

　　　　　　　　　　　小型水轮发电机组运行中的振动分析
　　　　　　　　　　　　　　　　作者：李 云
水轮发电机组振动是水电站存在的一个普遍问题，有设计、制造、安装、检修、运行等方面的原因。运行中的机组不同程度都存在着振动，电站规定振动值在某一允许范围内，当振动超过规定的允许值时，便会影响机组的安全运行和机组的寿命，需及时找出原因并采取措施消除。同时水轮发电机组的振动是一个复杂的问题，但从振动的原因来看，一般有机械、水力及电磁等方面的原因。笔者结合实践谈谈水轮发电机组运行中的振动问题。机械掘动由于机组机械部分的惯性力、摩擦力及其他力的干扰造成的振动叫做机械振动。引起机械振动的因素有：转子质量不平衡、机组轴线不正、导轴承缺陷等。特子质量不平衡。由于转子质量不平衡，转子重心与轴心产生一个偏心距。当主轴旋转时，由于失衡质量离心惯性力的作用，主轴将产生弯曲变形。轴变形越大，振动也越严重。在制造时，要进行转于的静平衡、动平衡试验，使不平衡重量尽可能小，从根本上消除这种振动的原因．轴线不正。机组轴线不正会引起两种形式的振动，弓状回旋．由于转子、转轮几何中心偏离旋转中心，运行中会产生横向及纵向振动，直接形成回旋对推力轴承、导轴承均构成威胁，还能增大离心惯性力，两者都使振幅增大。从运行角度分析，一般出现在投运年限较长，各导轴承间隙大，没能及时修复，或者检修质量不良等情况下。另外一种是摆振。在动水压力下，推力轴承处发生摆振。为此，在安装和检修时必须找正轴线，调整各导轴承的间隙在允许范围内。对新投产的机组，一般不会由于轴线不正而引起剧烈振动，但对于运行一段时间后的机组，由于某种原因使轴线改变，如推力头与轴配合不严密、卡环不均匀压缩、推力头与镜板间的垫变形或破坏等，都会引起机组振动。导轴承缺陷。当导轴承松动、刚性不足、运行不稳而润滑不良时，会发生摩擦，引起反向弓状回旋，即横向振动力。导轴承间隙过小，会把转轴的振动传给支座和基础，导轴承间隙过大，转轴振动大。适当的导轴承间隙，才有可能同时保证转轴与支座的振动均在允许范围内。水力撮动由水轮机水力部分的动水压力的干扰造成振动叫水力振动。引起水力振动的因素有，水力不平衡、尾水管中的水力不稳定、涡列等。水力不平衡。当流入转轮的水流失去的轴对称时，出现不平衡的横向力，于是造成转轮振动。水流失去轴对称的主要原因是过流通道不对称，如：蜗壳形状不正确，导叶开度不均，引起转轮压力分布不均，在流道中塞有外物，转轮止漏环偏心等。尾水管中水力不稳定。尾水管中水力不稳定现象，主要指尾水管中的水压周期性的变化，压力脉动作用于机组和基础上，就引起振动、噪音和出力波动，同时它对尾水管有相当大的破坏作用。这种情况一般发生在非设计工况下，水流在尾水管进口有一个圆周分量，形成旋流。当此分量达一定值时，便在尾水管中出现涡带，使尾水管的水流发生周期性的变化，引起水压脉动和管壁振动。当水轮机的自振频率与压力脉动频率相同时，便发生共振，威胁水轮机组的运行。涡列。当水流绕流叶片，由出口边流出时，便会在出口边处产生涡列，从叶片的正面和背面交替出现，形成对叶片交替的冲击。当叶片自振频率与冲击频率相同，便产生共振。由涡列所引起的振动只在一定水头和开度时才会发生，它能使叶片的根部或轮缘产生裂纹，有时还伴随着一定的声响。在偏离设计工况下运行，机组一般都存在着一个振动区。这个振动区主要是由水力方面引起的，如尾水管中水力不稳定、涡列等。在没有解决振动问题之前，为了机组的安全与稳定，值班人员应尽可能地避开这些区域运行。磁振动由发电机电磁部分的电磁力的干扰造成的振动叫做电磁振动。引起电磁振动的因素有：发电机二相不对称运行、发电机突然短路等。发电机三相不对称运行发电机运行时，会发生三相不平衡负载，引起三相电流不平衡。三相不平衡电流会在三相绕组中产生一个正序旋转磁场和一个负序旋转磁场。当负序磁场对着水力发电机转子纵轴附近时，因气隙小，磁阻小，磁力线就多，转子和定子间的作用力就大。当负序磁场对着转子横轴附近时，因气隙大，磁阻大，磁力线就少，转子与定子间的作用力就小。这样，负序磁场和转子之间的作用力时大时小，就使力矩变成两倍于周波数的频率而脉动，造成转子及定子机座的振动。发电机突然短路发电机突然短路会使定子绕组的端部受到很大的电磁力的作用。这些力包括定于绕组端部相互间的作用、定子绕组端部与转子绕组端部相互间的作用力以及定于绕组端部与铁芯之间的作用力。另外，发电机突然短路还使转子轴受到很大的电磁力矩作用，所受力矩分为两种：一种是短路电流中使定子、转子绕组产生电阻损耗的有功电流分量所产生的阻力矩，另一种是突然短路过度过程中才出现的冲击交变力矩。这些电磁力及电磁力矩能使发电机组受到剧烈的振动，并给发电机部件带来危害。发电机转子两点接地当发电机在运行中出现转子两点接地时，部分线匝短路，电阻降低，有较大的短路电流流过短路点，励磁电流不正常的增大，发电机进相多，引起磁场不平衡，造成发电机组强烈的振动。此外，非同期并列、系统故障、霄击也会使发电机组产生电磁振动。