水轮机发电机组振动的影响因素与处理方案

水轮机发电机组振动的影响因素与处理方案

应尧白云飞张博

(浙江仙居抽水蓄能有限公司浙江台州317300)

摘要：随着我国水轮机设计大容量和大尺寸趋势日益明显，水轮机组的转速也逐步提升。在实际的使用过程中，如何保证水轮机组的安全稳定运行，已经成为了现阶段人们重点关注的一项重要问题。基于此，文章对水轮机稳定性影响因素与优化策略进行了探讨与分析。

关键词：水轮机；发电机组；振动影响因素

引言

近些年以来，随着我国科学技术的发展，我国的水利发电事业也获得了非常显著的进步和发展，各种类型的大型、中型以及小型的水轮发电机组相机建设成功并且很快的投入使用[1]。在水轮机发电机组的运行过程中还是经常性地出现相应的振动问题，这对水轮机机组安全、稳定、可靠的运行造成一定的不良影响，下面我们着重分析一下水轮机发电机组振动的影响因素与相应的处理方案。

1水轮发电机组振动的主要影响因素分析

1.1电磁因素引起的振动

当某个磁极出现短路之后，会导致磁动势减小，而与之相对称的磁极的磁动势却不会发生改变，由此便会出现一个与转子同向旋转的不平衡磁拉力，这样便会引起机组振动。同时，定子铁芯的组合缝若是出现松动，或是铁芯本身出现松动也会引起机组振动。此外，如果定子绕组的固定不良，当电气负荷较高时，便会引起机组振动。

1.2机械因素

相较于一般的卧轴旋转机械来说，中大型水轮发电机组基本上是立轴，如某水电站的机组，就属于立轴滚流式。面对这样的情况，各个部位的导轴承往往不会承载着静载荷，轴颈也不会出现静偏心。机械因素所导致的机组振动一般表现于不同的方面[2]。（1）如果发电机组在空载低转速的情况之下发生了相对显著的振动情况，则可以分析出引起这类问题的原因是机组紧固的零部件出现了松动的问题，再就是轴线发生了曲折的情况、中心尚未对准等。（2）如果发电机的振幅及机组转速的二次方呈现出较为明显的正比关系，水平振动的幅度比较大，则可以判定为导致机组振动的原因是机组转动部分出现了质量不平衡的情况。（3）如果发电机组振动相对强烈，同时还出现了撞击的声音，应该考虑引起机组振动的原因是相关转动部件和固定部件处于相互碰撞的状态之下。（4）如果发电机组振幅伴随着机组负荷发生的变化呈现出显著的变化，则应该考虑的原因是主轴较细或者是轴本身的刚度不符合相应的标准。

1.3水力因素

水力因素作为主要的水轮机组水力稳定性因素，尽管其对水轮机组设计工作产生的影响并不是特别大，但是在实际的运行过程中，也往往会对混流式水轮机安全稳定运行产生非常严重的影响。一般来说，在水轮机组正常运行过程中，其转轮出口会持续流出水且转轮不会发生旋转。而当水轮机组处于非最优运行状态时，由于水轮机机尾水管受到作用力，转轮出口处的水流大多呈环状；当水轮机组的低水头部分有40%-70%处于负荷状态时，其转轮出口处水流呈正向旋转并形成相应的带状漩涡，一旦形成带状旋涡，必然会对水轮机组的振动作用产生影响，进而对混流式水轮机的安全稳定运行造成严重的影响。在实际的水轮机运行过程中，水力因素对于其影响主要表现在以下几个方面：首先，扶流翼末端出现卡门涡流，水轮机转轮叶片由于受其影响，将会出现强迫性的振动，并且一旦振动频率与叶片振动频率呈正态分布时，将会对转轮叶片造成严重的损害，轻者转轮叶片出现裂缝，重者转轮叶片将会直接断裂[4]；其次，受水力因素的影响，水轮机组的设计工况往往会与实际运行工况不匹配，这样一来就是造成叶片在实际的运行过程中，出现脱流现象，必然会对水轮机组的正常运行造成严重的影响。

2水轮机发电机组振动的处理方案

2.1准确分析电磁因素产生的振动原因

依照转子磁极键的基本情况，在反复测量定转子圆度符合一定的标准之后，把长出的部分及时的去除，在上部及时加装挡板。当对磁极键固定之后，避免出现偏斜的问题。若是磁极已经修复成功，需要及时的对转子圆度加以复测，保证检测的结果及对应的标准达到相关的要求[5]。在对定子铁芯进行定期检查的时候，如果发现了松动的情况，应该及时的采取措施处理，同时强化基本的监控与监管。

2.2提升水轮机的水力设计水平

要想保证现阶段我国水电站水轮机运行过程中的安全稳定运行，其中非常重要的一项工作就是做好水轮机水力设计水平的整体提升工作。首先，应保证参与水轮机设计的相关人员其专业知识以及职业素养整体水平，并将一些专业知识扎实的人才吸收到实际的设计工作中来，为其设计提供良好的人才保障；其次随着现阶段CFD以及模型试验在机械设计中的应用越来越广泛[5]，相关设计人员应不断加强自身的学习以及实践水平，将现代新型技术应用的具体的设计过程中当中，通过CFD技术以及模型试验技术的应用，对导叶、转轮叶以及泄水锥等相关构件进行合理的优化，并以此为基础不断提升水轮机机尾脉动控制的合理性水平。

2.3提高水轮机日常管理水平

科学合理的日常管理，不仅可以有效地提升水轮机组相关设备的运行效率，还可以在一定程度上延长设备的使用寿命。因此，要想实现水电站水轮机运行稳定性整体水平的提升，做好水轮机日常管理工作也是其中非常重要的一项工作。在这一过程中，水电站相关管理人员应首先从最大限度上保证水轮机组相关设备在规定范围内进行工作，由于水电站中各个组成系统都有调频以及调峰任务，因此，在实际的运行过程中，应将调频以及调峰的小时数控制在一定的范围之内，这一范围以5%为宜；其次，运行过程中尽量躲避振动区域，一般来说，水轮机组大约有两个振动区，因此，在实际的运行过程中，相关管理人员可以通过较快的速率来进行设备开启和停运，这样可以有效躲避振动区域[6]，此外，在实际的运行过程中，还应尽可能的减少对于设备的开启以及停运频率，以此来保证有效的防止振动的发生；最后，相关设备管理人员还应对设备的运行模式进行必要的监测，以此为基础来及时发现并处理运行过程中设备出现的各类问题，保证设备的安全稳定运行。

2.4做好水轮机产品的质量控制以及设备维护工作

做好水轮机产品的质量控制以及设备维护工作也是保证水轮机组稳定安全运行的重要途径之一。对于水轮机组产品质量控制工作而言，在实际的工作过程中，相关质量管理人员应首先保障相关通路部件的刚度，以此为基础防止其由于受水力作用而发生变形；其次是做

好设计阶段的质量控制工作，从源头上降低质量问题发生率。而对于设备维护工作而言，其主要是对水轮机叶片、转轮以及相关易磨损构件进行维护以及检修，并在补焊的过程中注意构件变形，待完成相应的无损检测后[7]，才能真正投入使用。

结束语

综上所述，本文对水轮机发电机组振动的影响因素进行了详细分析，之后又列举出水轮机发电机组振动相应的处理方案。因为水轮机发电机组在运行的过程中振动问题是避免不了的，所以对水轮机发电机组的振动问题的处理应该尽可能的以预防为主要措施，同时治理为相应的辅助措施，在这样防治的过程中采用一系列科学的方法和措施，最大程度的消除水轮机发电机组产生振动的根源，以此来确保水轮机发电机组能够安全、稳定、长久的运行。

参考文献:

[1]蒋勇其.冲击式水轮机流固耦合数值模拟研究[D].武汉大学,2017.

[2]黄剑峰,张立翔,杨松,姚激.水轮机槽道内导叶动态绕流水力特性大涡模拟分析[J].农业工程学报,2017,33(04):125-130.

[3]王波.冲击式水轮机转轮设计及制造关键技术的研究[D].哈尔滨理工大学,2015.

[4]桂中华,常玉红,柴小龙,王勇.混流式水轮机压力脉动与振动稳定性研究进展[J].大电机技术,2014(06):61-65.

[5]庞立军,吕桂萍,钟苏,刘晶石.水轮机固定导叶的涡街模拟与振动分析[J].机械工程学报,2011,47(22):159-166.