水轮发电机组振动故障分析
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摘要：水轮发电机组在运行中出现的震动是在所难免的，这是有多种综合因素引发机组振荡所引发的事故.我们根据水轮发电机组的振动特点防患于未然，及时协调好作出正确的处理和判断，防止振动引起的第二次事故发生。更及时、及早的发现水轮发电机组存在的异常，进行客观有效的分析和防控，不仅可以延长水轮发电机组的使用寿命，还能保障正常供电为广大人民的生活提供良好条件。
关键词：水轮发电机组；振动；故障分析
人们的生活离不开电力，目前水利电力在我国的发展由生疏逐步走向成熟，电厂电力在社会经济中也占主要地位，因此发电机组的正常运作是不容忽视的。而水轮发电机组中的震动故障，是最典型的故障分析之一，引起的故障原因多、故障情况复杂等。更快、更及时找出故障，提高发电机组系统的稳定性，早日实现“少人值守”的新型水电运行方式是我们当前需要的。
一、水轮发电机组振动故障发生原因
水轮发电机组是由水轮机、水轮发电机及其它附属设备组成的水力发电设备。由于水轮发电机组比其它机组的构成相对特殊，其振动故障与一般动力机械相比也较为复杂。本文做以下分析：
1. 来自水力因素，①：水轮发电究其根本在于水力，因此出现故障首先考虑原因是否来自水力因素。振动的水力因素是来自水轮机水力部分的动水压力引起的振动，不稳定性较高。当机组处在运行状态中，因水流状发生变化，整个机组的正常运作随之变化，机组各部分零件产生的震荡也明显增大，比如，水力不均衡、尾水管低频水压脉动、空腔汽蚀、卡门涡列、间隙射流等，都可能触发机组大幅度震荡。②：水流由于本身的不稳定性，具有静态和动态的特点，当某些环路的水量发生变化时，产生弓状回旋，会引起系统的压力分布发生变化，从而干涉到其他环路；又当某些环路阻力过小的时候，较小的阻力环路流量将超过设计流量，导致其它流量出现冷热不均等异常情况。
2. 来自机械类运动因素，是由于机组的机械设施部分的不平衡引起的震荡因素。引起该震荡的主要原因是，由轴承支撑的转子不平衡；机组的轴线扭曲等。当机组轴承工作旋转的时候，由于转子的不平衡，导致转子的中心与轴承的中心产生差距，当主轴承旋转的时候，由于转子的不平衡介于惯性作用，二者产生严重的变形，导致振动加大。
二、水轮发电机组振动故障种类
1. 机组内的水流通过水轮机流动的时候，其流向、流速都是随着水道而变化的。如果流速增快或者脱流部分的压力降低水流到气化压力的时候水流就会产生气泡，当气泡随水流进入高压区破碎的时候又会产生汽蚀。汽蚀一旦发生，会产生特殊的撞击声，由空腔汽蚀引起机组顶盖和推力轴承出现剧烈的垂直共振，危害相当大。处理汽蚀故障，可采用补气的措施减少振动以至消除振动，增加共泄水锥或增加同轴扩散形内层不管段，也可以在尾水管入口处装导流瓦和导流翼板等，都可以使涡带引起的振动减轻或消失
2. 卡门涡列，是当水流经过物体的时候，在物体后面会产生两条互相平行的有一定相隔距离的漩涡，2条漩涡分别以相反的方向旋转在物体后两侧释放，这时物体会受到与水流方向垂直的交变力，这种交变力如果和漩涡的旋转频率相同就会发生强烈的振动。这种震动故障的产生主要受水流流速的影响。对于卡门涡列引起的振动故障，解决的方法有，可以将叶片边缘削薄或改型，使正、反两侧面构成的交变漩涡抵消或减少，达到避免共振。也可以采取改变卡门涡列的频率或叶片固有频率的办法解除震动。
3. 在轴流式水轮机中，其叶片固定在旋转体之上，叶片与旋转体的间隙处由于正面与背面存在的压差，形成一股速度极高的射流。由于转轮的不停旋转，对于旋转室某一部位交替的时候瞬间压力升高和降低，形成了循环周期性的压力脉动，而这种压力脉动会引起转轮室的振动，产生故障。通过实验，解决止漏间隙不当引起的振动，可以适当增大外止漏环间隙，调整间隙使其变得均匀，使转轮偏离重心旋转对转轮背压止漏环间隙的压力影响明显减弱，从而减小振动。
4. 在发电机运行中，如果三相电流不对称运行，会发生三相不平衡负载引起三相电流不平衡的严重后果。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、横轴不同时，产生的磁场效果也不同。如，当对转子纵轴附近时，由于缝隙小，磁阻小，磁力线就多，因此转子和定子间的作用力就大。反之，当负序磁场对着转子横轴附近时，由于缝隙大，磁阻大，那么磁力线就少，转子与定子间的作用力就亦变的小。如此一来，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。
总结
近年来，我国先后建设不少大中型水轮发电机组，如闻名全国的小浪底，水轮发电机组的振动故障问题一直以来为政府关注，发电机组故障严重影响到水轮发电机组的正常运行，清除振动故障，找准振源保障我国水电事业的扎实运作确保人民正常生活有效供给发电。
参考文献：
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