小型混流式水轮发电机组振动试验的探讨

张瑜+张铁城

摘 要：对于水轮发电机组这一旋转机械来说，其自身振动的出现直接受到电磁、机械、水力等多方面因素的影响，而由于振动很多时候会导致水轮发电机组自身结构的破坏，这就使得水轮发电机组振动监测向来受到业界重视。在文章就小型混流式水轮发电机组展开的振动试验的研究中，通过试验得到的数据展开了深入分析，希望这一分析内容能够为我国水轮发电机组的检修与维护工作更好展开提供一定理论支持。

关键词：水轮发电机组；振动试验；小型混流式

前言

在本文进行的小型混流式水轮发电机组振动试验中，选择了额定功率500kW，建成于上世纪80年代的某水电站小型混流式水轮发电机组作为试验对象。之所以选择小水电机组作为本文的研究对象，主要是由于小水电因自身收益较低，很多时候缺乏对自身振动的监测，这就使得小水电机组往往带病运行，而为了能够尽可能避免小水电的水轮发电机组因振动引发安全问题，正是本文就小型混流式水轮发电机组振动试验展开具体研究的原因所在。

1 水轮发电机组振动概述

为了能够较好完成本文就小型混流式水轮发电机组振动展开的相关研究，我们首先需要深入了解水轮发电机组振动。由于水轮发电机组本身属于典型的旋转设备，这就使得其本身的运行伴随着不可避免的振动存在，而受自身结构影响水轮发电机组的振动来源往往更为复杂，而通过归纳笔者将水轮发电机组的振动总结为水力振动、机械振动、电磁振动三个方面，这其中的水力振动指的是水压力脉动造成水轮机零部件与机组震动的振动、机械振动则是指水轮發电机组自身存在的缺陷和故障引起的振动、而电磁振动则是指发电机电磁方面的干扰力引发的机组振动。对于水轮发电机组振动来说，振动的出现在很大程度上可以与噪音、发电质量降低、机组寿命降低、机组可靠性降低等问题的出现划等号，由此可见水轮发电机组振动问题的严重性[1]。

2 小型混流式水轮发电机组振动试验

在本文进行的小型混流式水轮发电机组振动试验中，选择了额定功率500kW，建成于上世纪80年代的某水电站小型混流式水轮发电机组作为试验对象，这一试验对象在日常运行中存在振动异常和加励磁后轴承油温升高的情况，而通过具体试验我们将找出该小型混流式水轮发电机组出现问题的原因，并进行相关分析与总结。

2.1 试验系统组成

在本文开展的小型混流式水轮发电机组振动试验中，选择了东方振动和噪声技术研究所研发的振动监测系统，主要应用软硬件有DASP-V10智能数据采集和信号处理软件、INV9828型ICP压电式加速度传感器、INV3020系列高性能数据采集仪、891-Ⅱ型速度传感器、ZA21系列电涡流传感器等[2]。

2.2 试验现场布置

在具体的小型混流式水轮发电机组振动试验的现场布置中，结合根据测量的对象和环境、灵敏度要求、精度要求、频率响应特性、线性范围、稳定性等现场布置原则，共设置了5个测点用于振动试验，并布置了加速度传感器9个，速度传感器3个、位移传感器2个、键相传感器1个[3]。

2.3 试验工况设置

在具体的小型混流式水轮发电机组振动试验中，共设置了10个工况进行机组的大轴摆度和振动情况监测，这10个工况具体表现为开机和加励磁过程、并网过程、加负荷至额定功率过程、满负荷运行过程、降至400kW过程、400kW运行过程、400kW降至250kW过程、250kW运行过程、关机过程、静止状态。

3 试验分析

3.1 机组轴心轨迹分析

在结合小型混流式水轮发电机组振动试验结果进行的机组轴心轨迹分析中，这一分析的对象主要为大轴摆度的X-Y图、大轴摆度的频域、大轴不平衡点的相位，而通过这一系列分析我们能够发现，小型混流式水轮发电机组各工况运行时的轴心轨迹基本呈椭圆形、大轴轴心轨迹范围有较大偏移，而结合这一系列分析建议该小型混流式水轮发电机组在日常检修中重点检查发电机定子内腔和转子外圆之间的气隙情况，以此保证电磁不平衡拉力的减小[4]。

3.2 上机架振动情况分析

在结合小型混流式水轮发电机组振动试验结果进行的上机架振动情况分析中，结合试验结果我们能够发现转速的增大直接导致上机架三个方向振动幅值随之增强，而结合其他试验得出的数据，我们能够判断出该小型混流式水轮发电机组振动幅值的超别主要受导叶开度变化引起的水力因素影响[5]。

3.3 下导轴承振动情况分析

而结合对小型混流式水轮发电机组振动试验结果进行的下导轴承振动情况分析中，通过设置的3个加速度传感器反映的数据，我们能够发现发电机组导轴承部位的振动随着功率的增大而增大、减小而减小，这就表明这一振动源于机械因素的影响，而其关机过程中出现的低频振动则主要源于水力因素和水轮机制动的影响。

3.4 水导轴承振动情况分析

在结合小型混流式水轮发电机组振动试验结果进行的水导轴承振动情况分析中，结合水导轴承处布置的3个加速度传感器，我们能够得出小型混流式水轮发电机组启动时加励磁和并网时振动变化不大，而机组功率增加时振动则会随着增强，而由此我们就能够得出小型混流式水轮发电机组水导轴承振动主要受水力因素影响。

3.5 顶盖振动情况分析

在结合小型混流式水轮发电机组振动试验结果进行的顶盖振动情况分析中，结合水轮发电机组顶盖部位布置的三个加速度传感器，我们能够发现小型混流式水轮发电机组的功率增大会相应导致振动的增强与减弱，而由此我们就能够得出小型混流式水轮发电机组顶盖部位振动主要受水力因素影响。

3.6 水轮机各部位振动频谱分析

在结合小型混流式水轮发电机组振动试验结果进行水轮机各部位振动频谱分析中，结合试验结果反映的水轮机上机架、下导轴承、水导轴承和顶盖部位的振动情况，我们就能够得出机组轴线不正或对中不良等机械原因、叶轮后产生的低频涡带两方面是小型混流式水轮发电机组振动的主要。值得注意的是，对于叶轮后产生的低频涡带来说，低负荷区运行涡带的偏心、导叶开度变化调节水轮机叶片的过流量引起的水力不平衡是其出现的主要原因。

3.7 试验总结

在小型混流式水轮发电机组振动试验中，我们能够较为全面的了解该发电机组振动出现的原因，而为了保证小型混流式水轮发电机组较为稳定、安全工作，建议该水电站在检修时应检查发电机定子内腔和转子外圆之间的气隙情况、有针对性的调正法兰联轴螺栓对机组的轴线进行校直，这样才能够将振动带来的影响降到最低。

4 结束语

在本文就小型混流式水轮发电机组振动试验展开的研究中，详细论述了水轮发电机组振动概述、小型混流式水轮发电机组振动试验、试验分析等内容，而结合这一系列内容我们能够简单了解小型混流式水轮发电机组的振动危害与常见振动原因，希望这一认知能够为相关水电站的机组维护与维修带来一定启发。

参考文献

[1]尤莉莎.混流式水轮发电机组振动试验及故障诊断[D].河北工程大学，2015.

[2]冯雁敏，常洪军，张恩博，等.某混流式水轮发电机组现场稳定性试验及振动保护策略研究[J].水电能源科学，2016，07：178-182+5.

[3]张双全.大型混流式水轮机水力稳定性研究[D].华中科技大学，2008.

[4]殷湘黔.溪洛渡800MW水轮发电机组振动摆动控制关键技术[J].水利水电施工，2015，04：64-68+73.

[5]徐孝峰.水轮机叶片振动特性试验研究[D].华北电力大学（北京），2006.