龚斌辉（湖南省电力公司柘溪水力发电厂，湖南安化413508）

水轮发电机组运行中的振动分析

龚斌辉（湖南省电力公司柘溪水力发电厂，湖南安化413508）

水轮发电机组内部常常会因为各种原因而出现振动，这种振动现象会破坏固定导叶和转轮结构，从而降低水电站的经济效益，甚至威胁水电站运行的安全性和稳定性。因此，深入探究引起水轮发电机组振动的原因至关重要。对此，本文首先对水轮发电机组振动进行了介绍，然后对水轮发电机组振动故障成因进行了分析，并对水轮发电机组运行中的振动问题处理对策进行了详细阐述。

水轮发电机组；振动；处理

1 引言

水利工程在促进社会经济发展方面发挥着十分重要的作用，因此，采取有效措施保障水利工程项目内部机电设备的正常运行十分重要。为了提升水利工程机电设备运行稳定性，必须加强水轮发电机组日常管理，对水轮发电机组运行中常见的振动问题进行详细探究。

2 水轮发电机组振动概述

在水轮发电机组的实际运行过程中，机组振动一般是将水轮机作为其原动力，水能的作用能够有效激发水轮发电机组振动，同时，通过间接的方式，其还能够维持机组振动。值得注意的是，水轮机组本身的特殊性，也会造成水轮发电机组产生振动问题。比如，从水轮机组结构方面而言，水轮机组是由两个部分所组成的，即转动与固定，在水轮发电机组实际运行过程中，如果任意部件产生质量问题，都会导致机组产生振动问题。水轮发电机组振动是旋转机械中较为常见的现象，如果采取有效措施控制水轮发电机组振动问题，则能够有效提升机组运行稳定性和可靠性。但是，如果水轮发电机组的振动问题比较严重，并且无法采取有效措施将其控制在一定范围内，则会导致水轮发电机组安全性降低，甚至会造成部分零部件出现松动或者其他质量问题。

3 水轮发电机组振动故障成因

相比于普通的动力机械而言，水轮发电机组的工作环境以及工作特性都是与众不同的，因此，导致其产生振动问题的原因也有很多种。一般可以将水轮发电机组的振动成因分为三类，即：机械因素、水力因素以及电气因素。

3.1 机械因素

（1）主轴的刚度或者直径不够，两轴承之间具有较大的间隙等原因都可能导致机组振动，同时机组的负荷变化会严重影响到机组的振幅。

（2）机组转动部分的结构不平衡，或者工艺质量不高，没达到标准要求也会使机组产生振动。这种情况下，当机组的转速变大时，机组振幅也会变大。

（3）紧固件松动、水轮发电机组未能中心对称以及轴线弯折等情况出现时，水轮发电机组会在低负荷以及空载时出现很明显的振动现象。

（4）机组内的转动部件和固定部件之间因为摩擦而产生振动，这种振动现象的振幅较大，同时伴随着撞击的声音。

3.2 水力因素

（1）水轮机固定导叶、蜗壳以及活动导叶内部的非均匀流会形成漩涡，并发展成涡带，从而导致机组振动。这种振动现象明显受到机组运行工况的影响，一般在最优工况运行时，振动现象最轻。

（2）转轮叶片出口处所形成卡门涡街也会导致机组振动。如图1所示，该卡门涡街和流体的速度与翼型的尾部形状有关，由此可知，大流量工况下，由卡门涡街所引起的振动幅度会更大。

图1 卡门涡街

（3）当水轮机在非设计工况下运行时，特别是在低负荷、低水头情况下，转轮叶片出口处很容易出现旋转的水流，从而在尾水管中形成偏心涡带，产生压力脉动。所以，水轮机的运行工况会直接影响机组的振动情况，同时振动的区域性比较显著。

3.3 电气因素

（1）发电机转动部件在转动过程中可能会受到很多不平衡力，比如定转子之间不均匀的空气隙所引起的作用力。这种情况下，上机架的振动状况会比较显著，同时振动的幅度也会随励磁电流的变化而发生变化。

（2）发电机定子绕组内部所形成的谐波会产生磁拉力，然而小波数的磁拉力很容易使得定子产生振动。这种振动现象同样会在上机架处更为显著，且振幅随定子电流成正比例变化。

（3）定子铁芯出现松动也会使机组产生振动现象，转子的转速对振动的强弱影响较为明显，通常情况下，机组振动频率一般为电流频率的双倍。

（4）如果在安装时未能良好的固定定子绕组，那么当电气负荷和电磁负荷较高时，机组也很容易产生振动现象。

4 水轮发电机组振动处理实例

4.1 工程概况

某电厂2号机组系超超临界、1000MW水轮发电机组，水轮机型号为SF8000-16/3300，定子铁心直径3300mm，额定出力8000kW，采用水内冷却的方式进行冷却该机组自试运行，在运行初始阶段，发现发电机已经出现振动问题，通过对振动特点以及振动问题产生原因进行详细探究，制定出现场热态动平衡方案。

4.2 振动原因分析

通过对2#机组振动特征进行研究分析发现，6～8号轴振具有较大热变量，并且主要成分为基领成分。另外，在发电机发生接地故障前，8号轴振良好，由此可见，励端小轴本身平衡状况。由此推断，导致6～8号轴振热变量大的主要原因可能是发电机转子本身的热弯曲，或者是大负荷工况下发励对轮连接不良。

（1）通流器件中水力稳定性较差。水流进入转轮，一旦出现不对称问题，就会造成横向作用力稳定性变差，从而使器件发生喘振，在低载荷或者零载荷运行状态下，就会导致机组发生高强度振动问题。

（2）尾部流通管产生涡流带。涡流带是一种流体形式，比较复杂，稳定性较差，尾部流通管中的涡流带一般为螺旋形状，其涡流核心一般会朝向某一方向运转，这就会造成尾部流通管流体出现大幅度的低压脉冲，脉冲率为Fw=n（/3-6）。当40～70%器件开度时，脉冲压力会达到最大值，这就会造成机组发生不正常运转。如果涡流带脉冲率和发电机部件的振动领率发生共振，则单元器件就会产生振动问题，并且发电量也会减小；如果脉冲率和刚性管道流体振动领率或者压力钢管自有振荡领率相似，则就会导致刚性管道出现出现较大流体振动。

（3）卡门涡流。如果流体绕经轮片片入口一侧输出，一般会在输出口出现涡流列，如果出现轮片正反面间断轮流，则会导致轮片受到流体的巨大撞击。如果撞击领率和轮片自身振动领率十分接近，则会产生共振。通常情况下，只有当处于某一范围内的水头和开度时，才会出现振荡问题，同时还会造成轮叶边缘出现裂痕，在此过程中，可能会产生较大声响。

（4）尾部流通管妥装位置偏低。通常情况下，转桨式流体输送机的尾管安装位置比较低，因此，流体输出口可能会出现稳定性较差的流体，如果在拐弯前，稳定性依然比较低，则会造成流体与弯道管入口之间的距离不断缩小。另外，稳定性较差的流体在进行拐弯时，可能会受到周期的作用力干扰，从而造成单元部件出现振荡问题。

4.3 处理措施

（1）将整个水轮发电机组拆开，并且将机组转轮、底环以及顶盖等零部件送至生产厂家进行维修。加大机组顶盖和底环之间间隙，从而有效减少底环和顶盖发生碰撞的可能性，这样能够有效降低振动问题发生几率。

（2）将机组主轴联接螺检的材料修改为35CrMo，并且将螺检拉伸值更改为0.32mm。

（3）通过运用打磨机，对机组下环和座环进行打磨，同时调整其水平度，并且将其控制在一定范围内。

（4）对机组进行盘车，在镜板与推力瓦之间合理运用绝缘板，在对主轴与绝缘板进行填补时，可以采用铲削的方式，取消紫铜垫。

（5）适当增加水轮机顶部的排水管数量，增加至4个，通过排水廊道排出积水，加大对于阀门的控制力度。

（6）在安装加工完成的底环和顶盖时，必须严格依据相关规定进行操作，确保符合安装规范。

（7）严格依据水轮发电机组说明书以及相关规定进行回装，确保机组重新启动后能够达到正常运行状态。

通过采用上述措施，该水轮发电机组能够达到正常运行状态，并且没有发生振动问题。

5 结语

水轮发电机组作为水电站的核心组成部分，它的安全稳定运行关乎整个水电站的经济效益和运行效益。但是水电站的实际运行当中，常常会出现或多或少的振动故障，这些振动故障会严重破坏水电站的稳定运行。对此，首先需要对振动问题产生原因进行分析，一般包括机械因素、水力因素以及电气因素，然后，需要结合振动问题产生原因，采取有针对性的解决措施有效解决机组振动问题，提升水轮发电机组运行稳定性和可靠性。

[1]刘元秀.水轮发电机组运行中的振动分析[J].四川水力发电，2013（06）：141～145.

[2]邵永斌.水轮发电机组振动分析及处理[J].电站系统工程，2010（04）：71～72.

[3]兰 富.水轮发电机组在实际运行中的振动及处理[J].四川水力发电，2010（04）：117～118.

TM312

A

2095-2066（2016）24-0073-02

2016-8-15

龚斌辉（1974-），男，工程师，大专，主要从事水轮机发电运行工作。