水电站水轮发电机机组振动问题分析处理方法的探讨
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摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，机组振动将会对水轮发电站运行造成严重的危害，其不仅会对发电机组的工作效率造成影响，同时也会影响整个机组的安全运转。基于此，本文从水电站水轮发电机机组振动的主要因素出发，并探讨通过采用避震运行措施、及时对尾水管补气以及加强对轴承进行维护等方法，借助水电站发电机机组振动问题解决措施的应用，以期为提高水电站发电质量提供帮助。
关键词：水电站；水轮发电机；机组振动；气蚀
引言
水轮发电机机组在工作中振动不仅会对某些部件造成弹性形变或塑性形变，从而使部件出现裂纹、断裂等现象，还会造成发电机组部件之间的连接部件出现松动现象，缩短各部件的使用寿命，因此为了有效提高发电机机组的工作效率和各部件的使用年限，相关工作人员需要不断改进发电机机组振动问题的处理方法。
1概述
某水电站，电站单机容量50MW，总装机容量150MW，为和田地区最大水电站，水轮发电机组由福建南电公司制造，水轮机为立轴混流式，发电机为立轴悬式同步发电机。水轮发电机转动部分总重约140t，额定转速为428.6r/min。3台水轮发电机组自启动以来振动值均超标，通过分析，确认机组振动原因主要由转子质量不平衡引起，经过现场协商决定由我项目部对其进行动平衡试验。
2水电站水轮发电机机组振动问题的处理措施分析
2.1采用避震运行措施
为了有效避免出现发电机组振动，在安装发电机组时需要尽量避开各台机组出现振动和空蚀范围，以坝卡河电站为例，具体措施为以下几点：首先，由于一级电站主要将灌溉与发电相结合，因此其特点为水头和流量变幅比较大，最高水头能够达到（417米），而最低水头为12m，电站设计流量为2.5m3/s，水渠道全长5km，内管直径为0.774～0.85m。其中水轮机单机出力为3400kW，型号CJ461-W115/1×13冲击式水轮组，其中发电机单机出力为3200kW。冲击式机组具有水头高、压力大一级用水量少的特点，在灌溉过程中会出现高水头，在此过程中工作人员需要以减小汽蚀和降低振动为主；其次，由于水轮机喷针开度达到一定程度后，射水线的不均匀与偏移，从而造成机组振动。
2.2水力方面引起机组振动的原因及特点
①水轮机进水流道蜗壳、导叶中的不均匀流场均会产生旋涡，形成涡带进入转轮引起机组振动，其主要特征为振动随机组运行工况变化而变化，且时而明显，时而消失。②由转轮叶片尾部的卡门涡列所诱发的机组振动，因卡门涡列的形成与流体速度和绕流体尾部的断面形状和尺寸有关，所以该振动特征为振幅随过机流量增加而明显增大，③因水轮机偏离设计工况较远，尤其在低水头、低负荷运动时转轮出口产生旋转水流，形成偏心涡带，使在尾水管中产生压力脉动并诱发机组振动。其振动特点为：振动强弱与水轮机的运行工况关系较密切，某些区域振动强烈，某些区域振动又明显减小，甚至恢复正常。④高水头混流式水轮机因止漏环结构型式和间隙组合不当及运行间隙不均匀引起水压力脉动诱发的机组振动，该振动特征为：振动摆度及压力脉动幅值，均随机组负荷和过机流量的增加而明显增大。
2.3注意对过流部件的维修
水利发电机机组在工作中，水流通过压力管喷嘴的射流作用，最终激发转轮旋转。在此过程中维护人员需要对喷针开度、出水流量等进行检查，避免转轮因为射水线偏移失去轴对称而产生横向力，造成转轮振动。同时维护人员还需要加强对喷针、喷嘴以及转轮等进行检查，避免当水流的射流线偏移造成巨大的轴向串动，从而引起振动，引起水轮机出现疲劳或断裂。除此之外，还需要对水流通过水轮机时的间隙射流等进行控制，维修人员还需要加强对发电机组各部件之间的检查工作，及时发现潜在的问题，并进行处理，将问题消灭与萌芽之中。与此同时，水电站还需要定期组织设备维修人员进行维修和检查工作学习，以此提高自身专业素质，在遇见一些问题时能够及时作出正确的处理，有效降低水电站因为设备问题而造成的损失，在培训和学习过程中要重点学习水电站水轮机组振动问题的分析和处理，从而降低机组振动对水电站发电造成的影响。在对水电站水轮发电机机组进行检修过程中，维护人员需要重点对过流部件进行检修，注意调节喷针间隙的大小均匀，以转轮水斗表面粗糙度等，改善喷针、喷嘴分布不均匀现象，从而有效降低压力脉冲。在对转轮汽蚀补焊修复过程中需要加强射水中心线的控制、粗糙度等进行控制，最终达到减小振动的效果。
2.4振动试验
某水电站3台机组自启动以来均存在振动超标现象，为了找出产生振动的原因，分别对3台机组进行了振动试验。通过对3台机组在不同转速和工况下机组振动值的测量发现：①顶盖和水导油盆振动值均非常小且各种工况下振动值基本无变化；②振动值偏大部位在上机架，并且在机组70%额定转速以下运转时振动值偏小且随着转速上升振动值上升并不明显，但从70%额定转速上升至额定转速过程中振动值呈现上升趋势且变化特别明显；机组由空转态转为空载态稳定后振动值基本无变化；机组依次带1万负荷、2万负荷、3万负荷、4万负荷、5万负荷且在各负荷稳定情况下对上机架振动值进行测量，振动值与空转和空载态时无明显变化；③各种工况下的振动值不随时间的变化而变化；④整个试验过程未发现有金属撞击声；⑤各振动部位测量数据水平振动比垂直振動幅值均偏大。根据机组振动试验的数据和现象，判断机组振动超标的主要原因是由于转动部分质量不平衡引起，决定对3台水轮发电机组进行动平衡试验。
2.5机械方面引起机组振动的原因及特点
①因机组转动部分质量不平衡引起的机组振动，其主要特征为机组振幅随机组转速变化较敏感，其振幅一般与转速的二次方成正比，且水平振动较大；②机组转动部件与固定部件相碰（或摩擦）所引起的机组振动，其特征为一般振动较强烈，并常常伴有撞击声响；③因轴承间隙过大、主轴过细、轴的刚度不够所引起的振动，其特征为机组振幅随机组负荷变化较明显；④因机组轴线曲折、紧固零部件松动、机组对中心不准、推力轴承调整不良所引起的机组振动，其特征为机组在低转速运行时，机组便有明显振动。
2.6加强对轴承进行维护
第一，定期检查水轮发电机机组轴线对正情况，同时将主轴旋转中心线调至机组中心线上，如果在检查中发现轴线与机组中心线出现偏差较大时，则会对机组的安全与稳定造成影响，因此维护人员需要及时进行检查和维护；第二，维护人员在调整推力瓦受力过程中，需要将转轮位于转轮室中心，同时保证各推力瓦受力均匀，从而有效提高发电机组的稳定性；第三，维护人员在调整轴承间隙值过程中，需要保证电机轴、导轴承轴颈、集电环等符合要求，并在检修过程中需要按时进行轴承检测，若出现异常现象则需要及时进行有效处理，避免因为推力轴、导轴承等存在缺陷而造成机组振动增加，影响发电机机组正常运行。
结语
综上所述，为了有效降低水电站水轮发电机机组振动现象，工作人员需要加强对各部件进行定期检修，保障其正常运行。经过对上文分析可得，在降低发电机组振动中需要注重水轮机喷针开度设置、推力轴检修以及喷针射水线和转轮中心线的分布和表面粗糙度检查降低气蚀；因此水电站水轮机发电机机组振动问题处理方法，能够充分应用到水电站维护中来。
参考文献
[1]杨周平.水电站水轮发电机组振动问题分析及处理措施[J].山东工业技术，2013（11）：46+38.
[2]兰国龙.某水电站水轮发电机组振动原因分析及机组动平衡试验[J].甘肃水利水电技术，2011，47（10）：19-21.
（作者单位：国网四川省电力公司映秀湾水力发电总厂）
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