水轮机发电机的振动原因及处理研究

吴秀才

贵州中水能源股份有限公司遵义分公司贵州遵义563000

【摘要】水轮机发电机的振动问题主要是由于该设备在设计和安装过程所存在的缺陷造成的，而振动问题如果没有得到有效的解决，不仅会使机组的寿命大大缩减，而且也会对整个机组的安全运行造成巨大的威胁。因此，文章将在简要分析水轮机发电机的振动问题及其成因的基础上，进一步探讨处理该机器振动问题的有效策略。

【关键词】水轮机；发电机；振动原因；处理研究

水轮发电机组机构复杂，诱发振动的原因很多，且为多种因素综合作用引起。结合水轮发电机组运行中发生的不稳定现象，从水力、机械和电气方面分析水轮发电机组振动原因。

一、水轮机发电机振动原因

（一）水力振动

水力振动中主要是由于部分干扰力所造成的。而干扰力的最主要来源是水轮机中产生的水力部分所存在的动水压力。来自水力振动方面的因素有很多：一是尾水管力的深水里出现了脱流、气蚀以及不稳定的状况；二是水力的不平衡状况。首先是脱流所造成的振动，为了使电厂造价降低，大部分水电站的建设过程中往往会直接省去调压井的建设，在这种情况下，脱流就成了此类水电厂水轮机发电机振动的主要源头。所谓脱流，即当机组为了甩掉负荷而紧急停机时，由于活动的导叶被快速关闭了，使得大幅度的压力降在水轮机的尾水管里，如果此时再把静压降到比水饱和真空气压还低的压力状态，尾水管里面的水马上就会形成气泡并进入分离的状态。而这些水在分离之后还会重新结合起来，从而产生相应的压力，最终引发水轮机的振动。其次是由气蚀所造成的振动，在导叶的流入角低于水流的流入角大约3度的时候，往往会形成一个区域，该区域就会产生剧烈的振动，从而导致转动部分以及尾水管部分都发生了振动。再者是关于水力不平衡造成的振动，边界旋转流水会在尾水管的中心附近产生，导致尾水管的出口水的水压被降低，并且在旋转流水中心还会因为低压的出现从而造成了空腔的形成，最终导致了整个厂房和机组都产生振动现象。

（二）机械振动

机械振动主要是由机械部分各种力、摩擦以及惯性力所产生的干扰力而引起的。而导致机械振动产生的因素也有很多：或者是导轴承存在缺陷，或者是机组的轴线不正，又或者是转子的质量出现不平衡的现象等等。首先，关于导轴承方面存在的缺陷，主要是导轴承的刚性不足以及松动情况的出现，此外，导轴承的缝隙太大而不具备良好的润滑效果并且在运行过程中也很不稳定，这些缺陷使得导轴承在运行过程中会发生干摩擦的状况，造成了横向振动力的产生，从而使得整个机组都产生了振动。其次，机组轴线的不正导致了转轮的几何中心大大偏离于旋转中心，从而导致离心的惯性力不断增大，并在水动力和压力的影响和作用下，使得推力轴承的地方产生了大幅度的摆动。再者，转子质量的不平衡也是机组产生振动的一个重要原因，转子的中心会在轴上形成偏心矩，从而使得机组发生了剧烈的振动。

（三）电磁振动

这部分的干扰力主要是由发电机在电磁这一部分所产生的电磁力而形成的。而干扰力通过磁拉力的作用最终引起了电磁的振动。而关于这方面的振动因素，主要是转子的安装尺寸以及电磁磁极的方向和形状的不同，使得出现在磁极中的拉力也存在差异，最终成为电磁振动的因素之一。

二、水轮发电机振动处理措施

（一）电磁振动处理措施

为了保证水轮机发电机电磁振动得到更好的处理，水电站中的相关工作人员要找到产生电磁振动的原因，制定妥善的处理对策，在提升水轮机发电机抗干扰性能的同时，减小外界环境因素对水轮发电组的影响。另外，水电站中的相关工作人员也可以采用图像法进行相应的检测，对水轮机发电机进行开机试验，一旦发现水轮机发电机出现较大的电磁振动，要及时处理，并结合试验结果，绘制水轮机发电机运转综合特性曲线，采用先进的数字化技术，将绘制完毕的曲线准确输入调速设备当中，保证测试结果更加准确。由于水轮机发电机内部结构比较复杂，在一定程度上增加了电磁振动处理难度，因此，在绘制综合特性曲线的过程当中，相关工作人员要结合水轮机发电机的运行情况，对机组电磁振动图像进行有效分析，并对原有的电磁振动处理方案进行改进，防止出现水轮机发电机出现电磁振动现象。

（二）水力振动处理措施

为了保证水轮机发电机水力振动得到更好的处理，水电站中的相关工作人员在油路关闭的条件之下，分段安装关闭阀门，防止水轮机发电机内部的导叶瞬间关闭，保证机组内部的导叶运行速度符合相关规定，减少脱流现象的发生。由于水轮机发电机内部结构具有一定的复杂性，水力振动处理难度较大，但是，通过在机组内部安装关闭阀门，能够有效减少水轮机发电机水力振动现象的发生。在安装关闭阀门的过程当中，水电站中的工作人员要将机组内部的杂物清理干净，并结合设备生产厂家提供的各项资料，确定水轮机发电机的振动区域，采取针对性较强的处理方案，防止水轮机发电机出现大范围的水力振动现象。

水轮机发电机出现水力振动，会严重影响水轮机的正常运行，因此，水电站中的工作人员要结合水轮机发电机水力部分的动水压力，妥善控制尾水管内部的水力压力。通过妥善安装关闭阀门，能够帮助水电站中的工作人员更好的了解水轮机发电机内部结构，防止水轮机发电机出现大范围的水力振动。对于水电站中的工作人员来讲，要结合水轮机发电机结构特点，合理控制各项设备的运行速率，在保证水轮机发电机可靠运行的基础之上，防止水轮机发电机出现水力振动现象，提升水电站的整体运行效率。

（三）机械振动处理措施

水轮机发电机机械振动处理措施如下：第一，妥善控制转子的运行效率，当水轮机发电机内部转子的运行效率过高时，会严重影响水轮机发电机的可靠运行。第二，保证水轮机发电机内部运行轴线与转子中心的偏差符合相关规定。伴随我国水电站建设规模的不断扩大，水轮机发电机振动现象越来越明显，为了更好的提升水轮机发电机的安全性，水电站中的相关工作人员要结合水轮机发电机内部结构特点，对原有的机械振动处理措施进行完善，在保证水轮机发电机可靠运行的前提之下，提升水轮机发电机内部结构的稳定性，降低水轮机发电机发生机械振动现象的概率。

除此之外，水电站中的工作人员还要结合水轮机发电机内部定子的振动情况，通过定子转动的声音，准确判断水轮机发电机定子铁芯运行情况，一旦发现机组内部转子的振动频率过高，要及时处理，并妥善安装控制阀，减少水轮机发电机出现运行故障的次数。水电站中的相关工作人员也可以采用轴线轨迹分析法，在水轮机发电机稳定运行的条件之下，结合机组轴心运行轨迹，判断水轮机发电机是否出现机械振动，一旦发现水轮机发电机出现严重的机械振动，要及时采取合理的处理方案。

三、结语

综上所述，水轮机发电机的振动问题对于整个机组的安全运行造成很大的阻碍，因此通过从水力振动、机械振动和电磁振动三个方面因素来分析水轮机发电机振动的成因，并采取相关的处理措施，最终使得发电厂实现更安全的运行。

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