基于金属水轮发电机组产生振动的因素及处理对策

胡宝玉

（中国水电十五局，陕西 西安 710000）

在水轮发电机组及内部金属构件运行过程中，振动故障不仅仅会对出现此类故障的部件造成塑性变形或者是弹性变形，同时也会使其出现裂纹甚至断裂现象，进而对整个发电机组的安全稳定运行造成不利影响。因此，在发电机组的运行中，运行维护人员一定要全面了解机组振动问题的产生原因，并以此为依据来进行处理。这样才可以有效避免振动故障所导致的机组运行故障，让设备得以正常运行，维护电网安全。

1 金属水轮发电机组振动概述

在发电机组运行过程中，振动现象主要是将机组作为其原动力，借助于水能作用对发电机组起到激发振动和维持振动的作用，因此在水电站的整个发电过程中，水库中的水能不仅仅能够直接对金属水轮发电机组的振动起到激发和维持作用，同时也可以以这种间接的方式对发电机组的振动起到激发和维持作用。具体应用中，发电机组自身的特征直接决定着发电机组的振动情况。就结构而言，金属水轮发电机组的主要组成部分有两个，其一是转动部分，其二是固定部分，具体运行中，如果其中的任何一个金属构件出现问题，整个发电机组都可能会出现剧烈振动情况[1]。

作为一种旋转类的机械设备，振动是发电机组实际运行中不可避免的一个现象，所以只要将机组振动控制在合理的范围内（主要频率在1-5Hz，高频和工作频率在100Hz 以内），振动情况就不会影响整个机组的正常运行，并使其安全性和稳定性得以有效保障。但是如果发电机组在运行过程中产生了过大幅度的振动，且振动超出了机组振动的允许上限，就会对机组的安全稳定运行造成不利影响，进而导致机组连接松动，静止部件与转动部件之间也会出现摩擦，进而损坏扫堂，对机组运行带来不利影响。下图1 为立式混流式水轮发电机结构图。

图1 混流式水轮发电机结构图

2 金属水轮发电机组异常振动的危害分析

金属水轮发电机组在运行过程中出现异常振动的主要危害表现在以下的几个方面：第一，机组中的金属部件焊缝将会出现疲劳损坏区域，如果原来有此类区域，则会导致区域的进一步扩大，严重情况下会导致金属部件断裂报废。第二，机组中的连接部件会出现松动、断裂情况，进而导致其连接部位振动加剧，加速部件连接处的损坏。第三，机组中各个金属构件的磨损程度将会加剧，比如，当大轴出现剧烈振动时，轴和轴瓦都会出现升温现象，如果温度过高，就会将轴瓦或者是轴承烧毁；再比如，当转子出现剧烈振动时，碳刷和滑环之间的磨损程度就会加大，进而导致碳刷跳火花情况发生[2]。第四，如果振动剧烈，尾水管内的水流就会出现脉动压力过大现象，进而导致尾水管裂缝，严重的情况下可能导致钢板整块脱落。第五，如果出现了共振现象，将会引起更加严重的后果，比如，当机组设备与厂房之间出现共振时，整体设备以及厂房都有可能被毁坏；再比如，当卡门涡列振动接近叶片固有的振动频率时，将很容易导致共振现象发生，这种情况不仅会产生极大噪音，同时也会导致叶片疲劳断裂。

3 发电机组异常振动的产生因素

在金属水轮发电机组的日常运行过程中，异常振动情况的主要产生因素有三种，第一是水力因素，第二是机械因素，第三是电磁因素，具体情况如下。

表1 金属水轮发电机组异常振动主要产生因素

4 发电机金属结构出现异常振动问题的处理策略

通过以上的分析可知，设备在具体运行过程中，金属构件异常振动故障的主要原因包括水力方面的原因、机械方面的原因以及电磁方面的原因。而在具体的异常振动问题处理过程中，运行维护人员需要凭借足够的专业知识和丰富的专业经验，采用观、听、感等的多种方法来进行故障确定。在确定了故障原因及其位置之后，便可以采取有效的措施来解决异常振动故障，保障机组的正常运行。

4.1 不同因素所导致的异常振动处理

一是导叶开度比较小，剪断销被剪断，或者是蜗壳内存在渣滓等的情况下，水力就会失去平衡，金属水轮发电机组也就会产生异常振动现象。这种振动的主要特征是从转轮室内发出噪声，水导轴承摆渡大于允许值，水机室内出现较大振感，顶盖位置的水平板也超出允许范围。在此类故障的处理中，首先应对导叶开度进行检查，如果开度不一致，就需要立刻停机，将前池闸门和尾水闸门关闭，然后对导叶开度进行调整，在此过程中应做好相应的安全措施。在调整好导叶开度之后，应对上下导轴承以及水导轴承进行全面检查，并做好异常处理，处理好后再开机试运行。如果剪断销被剪断，应根据相应的规程来进行处理。如果蜗壳内存在过多渣滓，应将前池闸门和尾水闸门关闭，然后将进入孔打开，对蜗壳内部进行清理，清理好后应对上下导轴承以及水导轴承进行全面检查，并做好异常处理，处理好后再开机试运行[3]。

二是调速器出现溜负荷现象，在某一个宽度自动关闭，前有太多渣滓，泄水锥从准轮内脱落或者是前池水位过低等的情况，都会导致尾水管出现涡带或者是空腔压力过大情况，机组便会出现异常振动。对于此类振动故障，在处理过程中，如果是调速器出现了溜负荷现象，应对其开度进行迅速调整，运行中将振动区域避开，并对机组具体振动状况进行检查，如果顶盖垂直或水平振动依然在允许值以上，应立即停机处理，并做好相应的安全措施。具体处理中，需要对上下导轴承、水导轴承、定子和转子间隙、推力轴承等进行全面检查，如果定子和转子之间的间隙不够均匀，转子中心偏移，应对其中心重新调整，并对上下导轴承、推力轴承以及水导轴承进行重新调整。调整好后再开机试运行。如果前池存在过多渣滓，需要停机清理后再开机试运行，如果顶盖依然存在异常振动，则需要依照调速器溜负荷的处理方法进行停机处理。如果前池水位过低，应立刻停机注水，待到水位达标之后再开机试运行。

4.2 机械因素所导致的异常振动处理

对于金属水轮发电机组上下导轴承、推力轴承或者是水导轴承产生的异常振动，其轴承部位会出现噪声和松动情况，噪声越来越大，顶盖和上机架位置振动也越来越大，垂直或水平振动超过了限值，各轴承摆渡可能在允许值以上。此时，上下导轴承或者是水导轴承可能出现升温现象。对于这种情况，一定要及时进行处理，否则将会导致推力瓦或者是轴瓦被烧毁、抗震螺栓断裂或者是轴承破坏等的诸多严重事故，甚至会由于转子与定子之间摩擦严重而出现不同程度的破坏。在对此类故障进行处理的过程中，应立刻停止机组运行，并做好相应的安全措施，然后按照机组具体异常振动特征来进行各个轴承的检查，并对定子和转子间隙进行检查，如果只有上下导轴承或者是水导轴承出现了轴瓦松动情况，其他部件都正常，则可以对上下导轴承或者是水导轴承进行调整[4]。如果定子和转子之间的间隙变得不均匀，转子中心发生偏移，则需要对其中心进行重新调整，同时应该对上下导轴承、推力轴承以及水导轴承进行合理调整。在处理好之后应开机空转试运行，在确定无异常之后方可正常使用。

4.3 电磁因素所导致的异常振动处理

一是转子绕组发生短路或者是铁芯松动导致的振动异常，在启动时变会出现异常振动，励磁电流也会随之增加，其振动幅度会越来越大，如果将励磁去掉，振动也将随之消失。对于此类问题，在处理中需要停机，且需要做好相应的安全措施，对转子铁芯以及线圈进行检查和处理，待到处理好之后再开机试运行。

二是定子铁片、铁芯出现松动而引起了机组的异常振动，其主要的特征是时常会出现“吱吱”声，或者是“嗡嗡”声形式的电磁感应噪声，且定子铁芯会出现升温现象，在定子的径向以及切向上将会出现50HZ ～100HZ 的振幅频率，如果将励磁去掉，振动也将随之消失[5]。对于此类问题，需要进行停机处理，在做好相应的安全措施之后，首先需要对定子铁芯进行检查，将压力加大，让定子铁芯被顶紧，以此来保障其固定效果。在处理好之后需要开机试运行，待到确认恢复正常之后再投入正式运行。

5 结语

综上所述，在发电机组的具体运行过程中，振动是一种常见现象，如果可以将振动控制在一个合理的范围内，机组的正常运行就能得到有效保障，但是一旦振动超过了允许的限值，发电机组运行的安全性和稳定性就会受到一定程度的不利影响。通过大量的实践发现，导致发电机组及内部金属构件异常振动问题的主要原因是水力、机械以及电磁这三个方面的问题。所以在发电机组运行维护过程中，运行维护人员一定要根据实际情况来准确分析具体的振动产生原因，并通过合理的措施来加以处理。通过这样的方式，才可以有效消除金属水轮发电机组的异常振动问题，保障发电机组的安全稳定运行，为水电站的良好发展奠定坚实的技术基础。