王敏

（四川华电杂谷脑水电开发有限责任公司，四川 成都 610039）

在高原环境下，由于气压温度与平原地区有一定差异。杂谷脑河流域的立式混流式水轮发电机组在运行中，水流从转轮四周横向进入。然后，在中心泄水锥轴向流出。所以我们的导水机构预计我们的工作部位的水流情况就比较复杂，这样必然会带来液体压力里的扰动。除了水流的变化，我们的设备在制作过程中也纯在误差。例如，一个轴的同心度的控制、一个轴承的同心度的控制。其次，在按照过程中各个部件同心度的不断公差累计最终会获得更大的偏差。这样就会使设备在运行过程中首先会出现机械振动，其次电磁振动随之而来。当混流式水轮机组设备始终处于一个振动较大的情况下，只会让我们的设备的部件产生疲劳损坏，慢慢地出现裂纹从而最终产生断裂。这样肯定是要影响我们的水轮机的稳定运行最终参数不可逆转的损伤。

1 混流式水轮发电机组振动危害

高原环境下我们的气温气压与平原有一定差距昼夜气温变化大，当我们常见的水、油、气发现泄漏时，一般都离不开我们设备的长期振动超过我们预先设计的情况。大部分部件的预紧力在振动较大的情况下先是变小最后消失。所以，水、油、气泄漏必然给水轮机的正常运行带来困难。当三漏问题出现后，必然带来更多的震动源。我们的机组很多部件受力薄弱的位置在长时间的震动过程中，尤其是本身材料有内应力的情况下，不断产生一定的裂纹。例如，设备的转子长臂有焊接的部位、机架尤其是承重用的机架焊接部分。各个管道的连接法兰部分，还有就是维修后的焊接部分都是具有风险的部位。以上所描述的各部焊接与连接部分如果震动加大裂纹加大那必然给我们设备的运行不断增加安全隐患。在我们高原环境先整体气压低，水轮机内部的转轮室内水的压力变化肯定会产生并溶解气体出来。当气泡溃灭后我们的转轮以及尾水管肯定受到冲击。同时，气蚀也会对我们的金属表面形成伤害，当伤害达到一定程度后，我们设备强度就发生了变化了。这样就更容易产生裂纹与断裂的现场产生。

还有就是我们的设计过程中一些部件的模态震动分析可能是基于一般条件设计的，但是在高原环境下可能会发生变化震动的给一些部件带来了共振导致一些部件的损坏，从而在安全与经济上给电站带来损失。

2 混流式水轮发电机组振动原因及其特点

正常情况下，我们设备振动来自于三个方面：机械振动源、电磁振动源、水力脉动。三个方面均属性复杂原因。我们将进一步分析。

2.1 由于机械有发的原因

设备在运行过程中，各种环境条件都在变化，河水泥沙木块等大量不确定因素都会因为气蚀、磨损等一系列原因导致转轮叶片局部材料受损脱落。这样原本的动平衡就逐渐偏差变大。还有一种就是维修过程中对部分位置进行焊接加工等各种过程中都会导致原有动平衡的破坏。那这样带来的后果就是进一步让同心度变大振动加强。偏心力矩，该偏心力矩引起机组轴线摆动，导致机组振动加大。还有一种情况就是机组的轴线与推力轴承的镜面板的法相方向存在夹角，这样链接法兰就会受到一个弯矩。当轴承与固定的止漏环不是均匀受力的情况下我们的机组径向振动就会发生。所以按照过程中会去调整推力轴承的位置这个时候轴承的弹性油箱的受力就会出现不均匀。推力轴承的法相发生变化那么推力板也会发生变化。机组在轮动过程中就会直接出现轴线偏差变大情况发生。这时我们的转子就会和固定部件发生碰撞这些碰撞主要发生在转子与止漏环上。这样我们的机架在振动过程中又会出现紧固部件的松动。

2.2 电磁振动的原因分析

电磁振动第一会发生在由于转动部件上文中提到的原因由于受力不平衡导致振动，这样电磁力也就发生了变化。主要特征表现为当振动变大时，励磁电流也就加大了，机架振动也变大了。然后，发电机本身绕组会产生磁场，这个时候特殊的谐波是不可避免的存在，这个时候就会产生振动，从而体现在机架上。还有就是定子一般都是铁芯组合在以前在振动环境中长时间就会出现一定的松动，这时，带来振动可能就是电流频率的二倍。同时绕组也能固定的不牢固这样电器的负载与电磁负荷一起作用我们的机架统一也会发生振动。第四由于碳刷在使用过程中的磨损出现的接触不均匀等，同样也会带来振动这个方面的表现呈现的规律性仍处于研究中。

2.3 水力振动的原因

当河水进入到设备的内通过导叶、进入流道蜗壳那必然会引起水流的涡流现象发生，当涡流发生后必然会让机组发生振动。由蜗壳中的不均匀流场而产生的振动，其振动频率就是与我们的转轮叶片数Z 及其转速每分钟n 有关。这种振动一般为中频振动。但是当这个振动让其他部件发生振动是就会引起共振现象。首先尾压力脉动是由水管中水流涡带诱发的从而所引起的的水轮机振动。当运行情况逐渐偏离了最优工况后，涡带就会出现在尾水管中。这时水轮开始振动同时还要一定的声响。在30%～60%的负荷范围内我们涡带带来更多的振动。水轮的工作频率如果和压力脉动频率靠近时，摆动就会发生。然后我们来学习一下卡门涡漩，当液体流过不光滑或者流线形状不好的障碍物后，液体就会在他尾部形成各种形状各异的漩涡。这种现象就是卡门涡流。这样的涡流十分紊乱。在它的不断形成与消失过程中就会不断产生各个方向上的振动与力的冲击。当这个卡门涡流的频率与类似叶片等机械部件的固有模态频率相似的时候就会引起设备的共振。机组的未来减少水头的容量损失，一般会采用特殊的止漏装置。但是止漏装置的几何形状的误差同样会来带所谓的迷宫振动，同时也会产出受力的偏差。

3 混流式水轮发电机组振动过大的问题及处理办法

根据如上分析，针对振动变大后首先找到原因采取相应的措施进行补救。第一，轴线不正主要原因是水轮机轴和发电机轴同心度存在偏差，推力轴承的法向与推力平面的法向夹角过大。要处理如上问题需要调整轴线。需要转动我的盘车。通过数据分析获得轴线发生变化的位置，以及通过计算获得我们未来要调整的量的大小与位置。一般会使用加垫调整来获得减少轴线夹角的办法来调整。第二，轴承也可能产生缺陷并且引发振动。这时就需要进行调整。当推力轴承出现问题的时候会调整轴承支柱油箱的受力，这样转子在弹性油箱上的受力变得均匀。如果是径向有偏差，就只能通过调整轴承水平座来实现轴线夹角变小的目的。在完成以上调整后，要加强检查所有紧调瓦螺栓加紧，同时加强防松措施。最后，就是水力的原因导致振动。这个时候我们只要加强检修维护。当河水情况发生较大变化后，要加强监控更科学的调整设备尽量避免振动的发生。尽量避开共振强烈的区域。其次，水轮机非核心部件的的工作情况应该加强监控例如顶盖排水管等辅助设备的漏水等等，都应该及时处理减少这些辅助设备都设备带来冲击。对碳刷的检查和监控一定要到位，当发现碳刷出现不均匀或者厚度足的时候及时进行更换，或者作出及时的更换计划。这些都建立在更科学的监控要求下。

4 结语

通过分析与学习振动发生原因后，针对不同的原因采取相应的改善办法。在整个设备运行过程中，影响其稳定性的原因是很多的，同时也是比较复杂的，我们只有不断发现总结才可以。例如，尾水管低频压力脉动的核心问题有当今专家做了大量的研究，但是大家任然没有做出一致性的结论。还需要我们进一步去发现与研究。希望本文对大家起到启发的作用。同时，希望电站监控需要进一步加强，从而为我们去避免不必要的损坏提供更及时的信息。电站设备的稳定运行除去水轮机其他方面，也应加强管理与监控。