水轮发电机组异常振动处理方法

陈礼强

摘 要：本文以轴流式水轮机发电机组为例，主要介绍了引起机组异常振动的振源类型、特征、危害以及振动规律等，先不考虑机组设计制造和安装检修质量问题引起的异常振动，对正常运行中的机组出现异常振动，经分析、判断，采取措施消除振源或采取有效措施减小振动，并简略地介绍了防范机组设计制造和安装检修质量问题引起异常振动的有效措施，其振源的查找和消除方法。

关键词：异常振动；振源；平衡；轴线；摆度

中图分类号：TM732 文献标识码：A

一、引言

我们知道水轮发电机组和其它机器设备一样，其在运转中的振动是一种普遍存在的，不可能完全避免和消除的现象。只要将振动限制在允许的范围内，它对机组本身及其工作并无妨害。但是当振动超过一定限度时，尤其是长期的周期振动及振动过大时，对机组设备本身及对周围的建筑物甚至对整个水电站的运行都会带来很大的危害。振源很复杂，常常是多种因素作用的结果，通常是水力、机械、电磁的共同作用且相互影响，一般有受迫振动和自激振动，其中有迫振和共振，倍频共振和自激振动，甚至个别或部位又有耦联振动。因此要消除引起机组异常振动的振源，必须充分了解引起机组异常振动的因素、特征、危害、振动规律，机组正常运行的振动标准等，用积累的工作经验，借助振动的测试、监测与诊断技术，综合分析，判断引起机组异常振动的原因及危害程度，准确、迅速地做出相应的处理，并为检修消除振源提供第一手技术资料，常常会起到事半功倍的作用，确保机组安全、稳定、可靠、经济运行。本文以轴流式水轮机发电机组为例，介绍机组异常振动的处理方法，并简略地介绍了防范机组设计制造和安装检修质量问题引起异常振动的有效措施，其振源的查找和消除方法。

二、机组异常振动的原因及其危害

1 机组异常振动的原因

根据振源的不同，可分为水力、机械、电磁等三种类型。三种不同振源所引起的不同振动应充分了解，这是迅速、准确地处理机组异常振动的前提。

（1）水力因素

水力不平衡引起的振动。卡门涡列引起的振动。尾水管涡带引起的振动。尾水管中空腔压力脉动。轴流式水轮机叶片振动，导叶开度的变化，当开度减小到一定程度，叶片表面脱流或空化引起叶片振动和机组振动，实际运行中须考虑这一问题。导叶数和转轮叶片数不匹配引起的压力脉动。

（2）机械因素

机组轴线不正或对中不良；转动部件质量不平衡；导轴承缺陷；主轴密封调整不当；静板不平或推力瓦不水平；推力头松动；导轴瓦间隙调整不当；转子振摆。

（3）电磁因素

发电机组气隙不均匀；负序电流引起的反转磁势；定子不圆，机座合缝不好；定子铁芯铁片松动；转子匝间短路。

2 机组异常振动的危害

（1）引起机组零部件金属焊缝中疲劳破坏区的形成和扩大，以至断裂损坏而报废。

（2）使机组各部位紧固连接部件松动，导致这些紧固连接部件本身的断裂，加剧被连接部分的振动，促使它们迅速损坏。

（3）加速机组转动部件的磨损，如大轴的剧烈的摆动，使轴与轴瓦的温度升高，使轴承或轴瓦烧毁；转子振动过大，增加滑环与碳刷的磨损，使碳刷跳火花。

（4）尾水管中水流脉动压力可使尾水管壁产生裂缝，严重的可使整块钢板剥落。

（5）共振引起的后果更严重。如机组设备和厂房产生共振时可使整個设备和厂房毁坏；卡门涡列引起叶片的周期振动，当卡门涡列的振动频率与叶片固有频率接近时就会发生共振，将产生严重的噪音，使叶片产生疲劳断裂。

三、水轮发电机组异常振动处理方法

以上我们可以看到水轮发电机组异常振动的原因很多，异常振动的危害很大，在众多、复杂的因素中，根据多年的工作经验，用听、看、感等方法及运行经验，准确、迅速的判定异常振动的部位及其危害程度，果断采取措施消除振源或采取有效措施减小振动。

1 振源为机械因素

1.1 机组上导、下导、水导轴承、推力轴承因长时间运行或因事故甩负荷造成一块或几块松动，轴承间隙过大引起机组异常振动。

（1）其振动的特征

如果机组上或下或水导轴承或推力轴承异常振动，其振动声响发出的部位在相应的轴承部位，松动程度越大（及间隙越大）所发出的振动声响越大，同时上机架或顶盖振动加剧，其水平振动或垂直振动超过允许值，机组上导或下导或水导轴承的摆度可能超过允许值；机组上导或下导或水导轴承温度可能上升；有可能因轴承摆度过大，定子与转子间隙不均，引起电磁振动，使机组振动加剧。这种情况应当及时停机处理。曾经发生过因处理不及时，烧导轴瓦或推力瓦，抗重螺栓被打断，轴承被损坏的事故，甚至可能引起定子和转子摩擦，而造成定子和转子不同程度的损坏。

（2）处理

立即停机，做好安全措施，根据机组异常振动特征，检查上导、下导、水导轴承，推力轴承，定、转子间隙情况，如果仅仅是上导或下导或水导一块轴瓦松动，其它均正常，可以只调整上导或下导或水导轴瓦。如果定、转子间隙不均匀，转子中心移位，须从新调整转子中心，并调整上导、下导、水导轴瓦以及推力轴承。

（3）处理完毕，然后开机试运行，先将机组空转，检查机组有无异常振动；正常后，加励磁，检查机组有无异常振动，无异常，逐渐带上负荷，检查机组带负荷运行情况，无异常，带满负荷运行。

2 振源为水力因素

2.1 导叶开度不均，剪断销剪断，蜗壳有渣滓等因素会造成水力不平衡引起机组异常振动。其振动的特征：振动声从转轮室发出，水导轴承的摆度超过允许值，水机室振感较大，顶盖的水平振幅超过允许值。

处理：

检查导叶开度是否一致。如果是导叶开度不一至引起的异常振动，应停机处理，做好安全措施，关闭前池闸门，有尾水闸门的应关闭，若必须打开进人孔才能调整（注意涨洪水时尾水过高，此时不能打开进人孔），特别应注意进入涡壳作业人员与水机层作业人员相互配合好。导叶开度调整好后，还应全面检查上导、下导、水导轴承情况，如有异常必须处理好后，才能开机试运行， 开机试运行方法同1.13。如果是剪断销剪断引起，按各厂规程处理。如果是蜗壳进入渣滓引起的，应停机处理，做好安全措施，关闭前池闸门，有尾水闸门的应关闭，打开进人孔（注意涨洪水时尾水过高，此时不能打开进人孔），进入涡壳清理渣滓，同样在处理好后，应全面检查上导、下导、水导轴承情况，如有异常必须处理好后，然后开机试运行，开机试运行方法同1.13。

2.2 调速器溜负荷，自动关到某一开度，前池渣滓太多，前池水位太低，转轮泄水锥脱落等原因，造成尾水管涡带、尾水管中空腔压力脉动引起机组异常振动。

处理：

如果是调速器溜负荷引起的，应迅速调整开度，避开振动区运行，同时检查机组振动情况，如顶盖水平或垂直振动值仍然超过允许值，应停机处理。做好安全措施，检查上导、下导、水导轴承，推力轴承，定、转子间隙情况，如果定、转子间隙不均匀，转子中心移位，须从新调整转子中心，并调整上导、下导、水导轴瓦以及推力轴承。处理完毕，然后开机试运行，开机试运行方法同1.13。如果是前池渣滓太多引起，应停机捞渣，然后开机试运行，如顶盖水平或垂直振动值仍然超过允许值，应停机处理，处理方法同调速器溜负荷一样。如果是前池水位太低引起，立即停机，等待水位升高再开机运行。如果非上述几种情况，那就应考虑是否转轮泄水锥脱落引起，其特征是在相同水位下，发电机负荷有所减小，空转振动仍然很大，这时应停机检查。做好安全措施，进入转轮室检查水轮机泄水锥是否脱落。

3 振源为电磁因素

3.1 转子绕组短路或转子铁芯松动引起机组异常振动

（1）其振动的特征

启励时，就发生振动，励磁电流增大，振动幅值随之增大，去掉励磁，振动随即消失。

（2）处理

停机，做好安全措施，检查转子线圈和铁芯。处理好后，才能開机试运行，开机试运行方法同1.13。

3.2 定子铁芯铁片松动引起机组异常振动

（1）其振动的特征

有时发出“嗡”或“吱”的电磁噪音，定子铁芯温度升高，定子切向、经向振幅出现50Hz或100Hz的频率，去掉励磁，振动随即消失。

（2）处理

停机，做好安全措施，检查定子铁芯，加大铁芯压力，压紧铁芯。处理好后，才能开机试运行， 开机试运行方法同1.13。

结论

水轮发电机组运行中出现异常振动是不可避免的，掌握引起机组异常振动的振源的类型、特征、危害以及振动规律等，对机组不同的异常振动进行分析、判断，迅速、准确地消除引起机组异常振动的振源或采取有效措施减小振动，确保机组安全、稳定、可靠、经济运行。

参考文献

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[2]王玲花. 水轮发电机组振动及分析[M].北京：黄河水利出版社，2011.

[3]任煜峰.水轮发电机组值班员[M].北京：中国电力出版社，2012.

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