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水輪發(fā)電機組振動(dòng)是水電站存在的一個(gè)普遍問(wèn)題，有設計、制造、安裝、檢修、運行等方面的原因。運行中的機組不同程度都存在著(zhù)振動(dòng)，電站規定振動(dòng)值在某一允許范圍內，當振動(dòng)超過(guò)規定的允許值時(shí)，便會(huì )影響機組的安全運行和機組的壽命，需及時(shí)找出原因并采取措施消除。同時(shí)，水輪發(fā)電機組的振動(dòng)是一個(gè)復雜的問(wèn)題，但從振動(dòng)的原因來(lái)看，一般有機械、水力及電磁等方面的原因。江蘇振迪檢測結合實(shí)踐談?wù)勊啺l(fā)電機組運行中的振動(dòng)問(wèn)題。

機械振動(dòng)由于機組機械部分的慣性力、摩擦力及其他力的干擾造成的振動(dòng)叫做機械振動(dòng)。引起機械振動(dòng)的因素有：轉子質(zhì)量不平衡、機組軸線(xiàn)不正、導軸承缺陷等。

轉子質(zhì)量不平衡。由于轉子質(zhì)量不平衡，轉子重心與軸心產(chǎn)生一個(gè)偏心距。當主軸旋轉時(shí)，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(dòng)也越嚴重。在制造時(shí)，要進(jìn)行轉子的靜平衡、動(dòng)平衡試驗，使不平衡重量盡可能小，從根本上消除這種振動(dòng)的原因。

一、軸線(xiàn)不正。

  機組軸線(xiàn)不正會(huì )引起兩種形式的振動(dòng)：弓狀回旋。由于轉子、轉輪幾何中心偏離旋轉中心，運行中會(huì )產(chǎn)生橫向及縱向振動(dòng)，直接形成回旋對推力軸承、導軸承均構成威脅，還能增大離心慣性力，兩者都使振幅增大。從運行角度分析，一般出現在投運年限較長(cháng)，各導軸承間隙大，沒(méi)能及時(shí)修復，或者檢修質(zhì)量不良等情況下。另外一種是擺振。在動(dòng)水壓力下，推力軸承處發(fā)生擺振。為此，在安裝和檢修時(shí)必須找正軸線(xiàn)，調整各導軸承的間隙在允許范圍內。對新投產(chǎn)的機組，一般不會(huì )由于軸線(xiàn)不正而引起劇烈振動(dòng)，但對于運行一段時(shí)間后的機組，由于某種原因使軸線(xiàn)改變，如推力頭與軸配合不嚴密、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(huì )引起機組振動(dòng)。

  二、導軸承缺陷。

  當導軸承松動(dòng)、剛性不足、運行不穩而潤滑不良時(shí)，會(huì )發(fā)生摩擦，引起反向弓狀回旋，即橫向振動(dòng)力。導軸承間隙過(guò)小，會(huì )把轉軸的振動(dòng)傳給支座和基礎，導軸承間隙過(guò)大，轉軸振動(dòng)大。適當的導軸承間隙，才有可能同時(shí)保證轉軸與支座的振動(dòng)均在允許范圍內。

水力振動(dòng)由水輪機水力部分的動(dòng)水壓力的干擾造成的振動(dòng)叫水力振動(dòng)。引起水力振動(dòng)的因素有：水力不平衡、尾水管中的水力不穩定、渦列等。

  三、水力不平衡。

  當流入轉輪的水流失去軸對稱(chēng)時(shí)，出現不平衡的橫向力，于是造成轉輪振動(dòng)。水流失去軸對稱(chēng)的主要原因是過(guò)流通道不對稱(chēng)，如：蝸殼形狀不正確；導葉開(kāi)度不均，引起轉輪壓力分布不均；在流道中塞有外物；轉輪止漏環(huán)偏心等。

  四、尾水管中水力不穩定。

  尾水管中水力不穩定現象，主要指尾水管中的水壓周期性的變化，壓力脈動(dòng)作用于機組和基礎上，就引起振動(dòng)、噪音和出力波動(dòng)，同時(shí)它對尾水管有相當大的破壞作用。這種情況一般發(fā)生在非設計工況下，水流在尾水管進(jìn)口有一個(gè)圓周分量，形成旋流。當此分量達一定值時(shí)，便在尾水管中出現渦帶，使尾水管的水流發(fā)生周期性的變化，引起水壓脈動(dòng)和管壁振動(dòng)。當水輪機的自振頻率與壓力脈動(dòng)頻率相同時(shí)，便發(fā)生共振，威脅水輪機組的運行。

  五、渦列。

  當水流繞流葉片，由出口邊流出時(shí)，便會(huì )在出口邊處產(chǎn)生渦列，從葉片的正面和背面交替出現，形成對葉片交替的沖擊。當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(dòng)只在一定水頭和開(kāi)度時(shí)才會(huì )發(fā)生，它能使葉片的根部或輪緣產(chǎn)生裂紋，有時(shí)還伴隨著(zhù)一定的聲響。

在偏離設計工況下運行，機組一般都存在著(zhù)一個(gè)振動(dòng)區。這個(gè)振動(dòng)區主要是由水力方面引起的，如尾水管中水力不穩定、渦列等。在沒(méi)有解決振動(dòng)問(wèn)題之前，為了機組的安全與穩定，值班人員應盡可能地避開(kāi)這些區域運行。磁振動(dòng)由發(fā)電機電磁部分的電磁力的干擾造成的振動(dòng)叫做電磁振動(dòng)。引起電磁振動(dòng)的因素有：發(fā)電機二相不對稱(chēng)運行、發(fā)電機突然短路等。

  六、發(fā)電機三相不對稱(chēng)運行

  發(fā)電機運行時(shí)，會(huì )發(fā)生三相不平衡負載，引起三相電流不平衡。三相不平衡電流會(huì )在三相繞組中產(chǎn)生一個(gè)正序旋轉磁場(chǎng)和一個(gè)負序旋轉磁場(chǎng)。當負序磁場(chǎng)對著(zhù)水力發(fā)電機轉子縱軸附近時(shí)，因氣隙小，磁阻小，磁力線(xiàn)就多，轉子和定子間的作用力就大。當負序磁場(chǎng)對著(zhù)轉子橫軸附近時(shí)，因氣隙大，磁阻大，磁力線(xiàn)就少，轉子與定子間的作用力就小。這樣，負序磁場(chǎng)和轉子之間的作用力時(shí)大時(shí)小，就使力矩變成兩倍于周波數的頻率而脈動(dòng)，造成轉子及定子機座的振動(dòng)。

  發(fā)電機突然短路發(fā)電機突然短路會(huì )使定子繞組的端部受到很大的電磁力的作用。這些力包括定子繞組端部相互間的作用、定子繞組端部與轉子繞組端部相互間的作用力以及定子繞組端部與鐵芯之間的作用力。另外，發(fā)電機突然短路還使轉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(guò)度過(guò)程中才出現的沖擊交變力矩。這些電磁力及電磁力矩能使發(fā)電機組受到劇烈的振動(dòng)，并給發(fā)電機部件帶來(lái)危害。發(fā)電機轉子兩點(diǎn)接地當發(fā)電機在運行中出現轉子兩點(diǎn)接地時(shí)，部分線(xiàn)匝短路，電阻降低，有較大的短路電流流過(guò)短路點(diǎn)，勵磁電流不正常的增大，發(fā)電機進(jìn)相多，引起磁場(chǎng)不平衡，造成發(fā)電機組強烈的振動(dòng)。

  此外，非同期并列、系統故障、雷擊也會(huì )使發(fā)電機組產(chǎn)生電磁振動(dòng)。

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