水輪發(fā)電機(jī)組振動是水電站存在的一個普遍問題，有設(shè)計、制造、安裝、檢修、運(yùn)行等方面的原因。運(yùn)行中的機(jī)組不同程度都存在著振動，電站規(guī)定振動值在某一允許范圍內(nèi)，當(dāng)振動超過規(guī)定的允許值時，便會影響機(jī)組的安全運(yùn)行和機(jī)組的壽命，需及時找出原因并采取措施消除。同時水輪發(fā)電機(jī)組的振動是一個復(fù)雜的問題，但從振動的原因來看，一般有機(jī)械、水力及電磁等方面的原因。筆者結(jié)合實踐談?wù)勊啺l(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的振動問題。
機(jī)械掘動
由于機(jī)組機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其他力的干擾造成的振動叫做機(jī)械振動。引起機(jī)械振動的因素有：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、機(jī)組軸線不正、導(dǎo)軸承缺陷等。
特子質(zhì)量不平衡。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子重心與軸心產(chǎn)生一個偏心距。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時，由于失衡質(zhì)量離心慣性力的作用，主軸將產(chǎn)生彎曲變形。軸變形越大，振動也越嚴(yán)重。在制造時，要進(jìn)行轉(zhuǎn)于的靜平衡、動平衡試驗，使不平衡重量盡可能小，從根本上消除這種振動的原因．
軸線不正。機(jī)組軸線不正會引起兩種形式的振動，弓狀回旋．由于轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)輪幾何中心偏離旋轉(zhuǎn)中心，運(yùn)行中會產(chǎn)生橫向及縱向振動，直接形成回旋對推力軸承、導(dǎo)軸承均構(gòu)成威脅，還能增大離心慣性力，兩者都使振幅增大。從運(yùn)行角度分析，一般出現(xiàn)在投運(yùn)年限較長，各導(dǎo)軸承間隙大，沒能及時修復(fù)，或者檢修質(zhì)量不良等情況下。另外一種是擺振。在動水壓力下，推力軸承處發(fā)生擺振。為此，在安裝和檢修時必須找正軸線，調(diào)整各導(dǎo)軸承的間隙在允許范圍內(nèi)。對新投產(chǎn)的機(jī)組，一般不會由于軸線不正而引起劇烈振動，但對于運(yùn)行一段時間后的機(jī)組，由于某種原因使軸線改變，如推力頭與軸配合不嚴(yán)密、卡環(huán)不均勻壓縮、推力頭與鏡板間的墊變形或破壞等，都會引起機(jī)組振動。
導(dǎo)軸承缺陷。當(dāng)導(dǎo)軸承松動、剛性不足、運(yùn)行不穩(wěn)而潤滑不良時，會發(fā)生摩擦，引起反向弓狀回旋，即橫向振動力。導(dǎo)軸承間隙過小，會把轉(zhuǎn)軸的振動傳給支座和基礎(chǔ)，導(dǎo)軸承間隙過大，轉(zhuǎn)軸振動大。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軸承間隙，才有可能同時保證轉(zhuǎn)軸與支座的振動均在允許范圍內(nèi)。
水力撮動
由水輪機(jī)水力部分的動水壓力的干擾造成振動叫水力振動。引起水力振動的因素有，水力不平衡、尾水管中的水力不穩(wěn)定、渦列等。
水力不平衡。當(dāng)流入轉(zhuǎn)輪的水流失去的軸對稱時，出現(xiàn)不平衡的橫向力，于是造成轉(zhuǎn)輪振動。水流失去軸對稱的主要原因是過流通道不對稱，如：蝸殼形狀不正確，導(dǎo)葉開度不均，引起轉(zhuǎn)輪壓力分布不均，在流道中塞有外物，轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)偏心等。
尾水管中水力不穩(wěn)定。尾水管中水力不穩(wěn)定現(xiàn)象，主要指尾水管中的水壓周期性的變化，壓力脈動作用于機(jī)組和基礎(chǔ)上，就引起振動、噪音和出力波動，同時它對尾水管有相當(dāng)大的破壞作用。這種情況一般發(fā)生在非設(shè)計工況下，水流在尾水管進(jìn)口有一個圓周分量，形成旋流。當(dāng)此分量達(dá)一定值時，便在尾水管中出現(xiàn)渦帶，使尾水管的水流發(fā)生周期性的變化，引起水壓脈動和管壁振動。當(dāng)水輪機(jī)的自振頻率與壓力脈動頻率相同時，便發(fā)生共振，威脅水輪機(jī)組的運(yùn)行。
渦列。當(dāng)水流繞流葉片，由出口邊流出時，便會在出口邊處產(chǎn)生渦列，從葉片的正面和背面交替出現(xiàn)，形成對葉片交替的沖擊。當(dāng)葉片自振頻率與沖擊頻率相同，便產(chǎn)生共振。由渦列所引起的振動只在一定水頭和開度時才會發(fā)生，它能使葉片的根部或輪緣產(chǎn)生裂紋，有時還伴隨著一定的聲響。
在偏離設(shè)計工況下運(yùn)行，機(jī)組一般都存在著一個振動區(qū)。這個振動區(qū)主要是由水力方面引起的，如尾水管中水力不穩(wěn)定、渦列等。在沒有解決振動問題之前，為了機(jī)組的安全與穩(wěn)定，值班人員應(yīng)盡可能地避開這些區(qū)域運(yùn)行。磁振動由發(fā)電機(jī)電磁部分的電磁力的干擾造成的振動叫做電磁振動。引起電磁振動的因素有：發(fā)電機(jī)二相不對稱運(yùn)行、發(fā)電機(jī)突然短路等。
發(fā)電機(jī)三相不對稱運(yùn)行
發(fā)電機(jī)運(yùn)行時，會發(fā)生三相不平衡負(fù)載，引起三相電流不平衡。三相不平衡電流會在三相繞組中產(chǎn)生一個正序旋轉(zhuǎn)磁場和一個負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)負(fù)序磁場對著水力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子縱軸附近時，因氣隙小，磁阻小，磁力線就多，轉(zhuǎn)子和定子間的作用力就大。當(dāng)負(fù)序磁場對著轉(zhuǎn)子橫軸附近時，因氣隙大，磁阻大，磁力線就少，轉(zhuǎn)子與定子間的作用力就小。這樣，負(fù)序磁場和轉(zhuǎn)子之間的作用力時大時小，就使力矩變成兩倍于周波數(shù)的頻率而脈動，造成轉(zhuǎn)子及定子機(jī)座的振動。
發(fā)電機(jī)突然短路
發(fā)電機(jī)突然短路會使定子繞組的端部受到很大的電磁力的作用。這些力包括定于繞組端部相互間的作用、定子繞組端部與轉(zhuǎn)子繞組端部相互間的作用力以及定于繞組端部與鐵芯之間的作用力。另外，發(fā)電機(jī)突然短路還使轉(zhuǎn)子軸受到很大的電磁力矩作用，所受力矩分為兩種：一種是短路電流中使定子、轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生電阻損耗的有功電流分量所產(chǎn)生的阻力矩，另一種是突然短路過度過程中才出現(xiàn)的沖擊交變力矩。這些電磁力及電磁力矩能使發(fā)電機(jī)組受到劇烈的振動，并給發(fā)電機(jī)部件帶來危害。
發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點接地
當(dāng)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點接地時，部分線匝短路，電阻降低，有較大的短路電流流過短路點，勵磁電流不正常的增大，發(fā)電機(jī)進(jìn)相多，引起磁場不平衡，造成發(fā)電機(jī)組強(qiáng)烈的振動。
此外，非同期并列、系統(tǒng)故障、雷擊也會使發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電磁振動。 |
