水轮发电机组问题的识别

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本文作者：韩东龙、宋利利、王里、张恩 单位：重庆云河水电股份有限公司

随着时代的发展与社会的进步，水轮发电机组在我国电力事业发展中的应用变得越来越广泛，它在提升电力工程发电质量、促进社会经济发展等方面发挥着至关重要的促进作用。但在现实生活中，水轮发电机组存在着振动故障。本文将从这些振动故障的角度出发，研究识别振动故障的有效策略。

1针对水轮发电机组振动故障的研究

机械设备在运行过程中，都会潜在着不同程度上的振动。因此，水轮发的发电机组在运行过程中，也会存在一定程度上的振动。对待各种不同种类装置的形式和气所运用的轴承型的水轮发电机组，要根据不同的额定转速对机组中各个零部件的振动幅度有一个合理的规范范围。如若水轮发电机组在运行过程中出现超出该范围的振动，就会产生不同程度上的故障。在研究水轮发电机组振动故障的过程中，既要考虑发电机组本身固定部位的振动与旋转部位的振动，又要考虑流动水压力对水轮机过流零部件与电站引水系统的影响。因此，在研究水轮发电机组振动故障的过程中，要充分考虑各个方面的原因与问题。

2针对水轮发电机组出现振动故障原因的研究

2.1原因之一———水力方面的原因造成的振动故障

水力方面的原因造成的振动故障的主要表现是：一是由发电机组中转轮叶片尾部卡门涡所引起的机组振动，这与绕流尾部尺寸与断面形状有着很大的关系，其中的振动频率公式是f=S（tw1/d），其中d表示饶流体尾部的最大宽度，St表示流体力学中的斯特罗哈数，w1表示转轮进口处的水流相对速度；二是水轮发电机组的进水流道蜗壳与导叶中不均匀的流场产生涡流，进而形成涡带进入机组转轮，从而引起发电机组的振动，其中的振动频率公式是f=nz2/60。

2.2原因之二———机械方面的原因造成的振动故障

机械方面的原因造成的振动故障的主要表现是：一是由于轴承间隙太大、轴的刚度过小或者主轴的直径过小等原因造成的振动，它的主要特征是水轮发电机组的振幅会随着机组的负荷的变化而变化；二是由于水轮发电机组的转动部位的质量不合格或者不平衡而造成的机组振动，它的主要特征是水轮发电机组的振幅会随着机组的转速变化而变化，机组转速与振幅之间呈现二次方正比，水平方上的振动幅度较大；三是由于水轮发电机组的紧固零部件发生松动、轴线曲折、推力轴承德调整错误以及发电机组之间的中心对不准等原因所引起的机组振动，它的主要特征是当水轮发电机组在空载并低转速运转时，发电机组就会出现非常明显的振动；四是水轮发电机组的固定零部件与转动零部件发生摩擦而引起的发电机组振动，它的主要特征是两者之间产生的振动幅度较大，并时常发出撞击的声音。

2.3原因之三———电气方面的原因造成的振动故障

电气方面的原因造成的震动故障的主要表现是：

一是定子绕组的固定度不高，在高电磁负荷与电气负荷的联合作用下，使得水轮发电机组与绕组产生较大的振动。它的振动体征为，机组振动会随着负荷与转速运行情况的变化而变化，机组的上机架的振动是比较明显的，但是不会出现加上某一负荷之后，机组的振动会随着时间的加长而降低的状况。

二是水轮发电机组的绕组中每极分数槽绕组所形成的磁场的特殊谐波成分所引起的磁拉力，但是定子在波数数量少的磁拉力的作用下会产生不同程度上的振动，它的振动特征是振级和电流之间呈现出线性的关系，振动会随着定子电流的增大而增大，同时上机架部位的振动幅度特别明显。

三是由于定子铁芯发生松动或者定子铁芯的组合缝发生松动而引起的水轮发电机组的振动。它的振动特征是它的振动频率是电流频率的两倍，这种振动会随着机组转速的变化而变化，当机组被载上一定程度上的负荷之后，它的振动会随着时间的加长而降低。四是由于水轮发电机组的转动受到不平衡力的影响而产生的机组振动。它的振动范围是：水轮发电机组中的上机架部位的振动比较明显，其振动会随着励磁电流的增强而扩大。

3针对水轮发电机组振动故障的识别策略的研究

3.1策略之一———根据振动部位来识别振动原因

根据振动部位来识别振动原因的主要表现是：一是当机组叶片的尾部形成卡门涡列、转轮叶片的出水边线产生差异或者机组尾水管里面出现偏心涡带的时候，就可以在尾水管的顶板与压力钢管中检测到振动，而蜗壳中会随之产生比较大幅度的水压波动；二是当导叶、蜗壳或者转轮中的水压力不平衡的时候，就会在机组水导轴承的地方产生较大的振动；三是当水轮发电机组的推力轴承、机组轴线发生曲折、上导轴承存在缺陷或者发电机组的中心产生变化的时候，就会在一定程度上导致水轮发电机组的上机架产生较大的振动。

3.2策略之二———根据振动频率来识别振动原因

根据水轮发电机组的振动频率来识别振动原因的表现是：一是当机组的振动频率等于发电机组的磁极对数与机组的转速率相乘，就可以判断出机组产生振动的原因是发电机组中空气隙不均匀；二是由于机组轴承转动油盆中油膜的振动所引起的振动；三是当机组转动的频率与机组振动的频率相一致的时候，那么机组轴线曲折、转动部位的质量不平衡以及水轮机中迷宫间隙出现不均匀现象的是导致发电机组振动的主要原因；四是当机组转轮的开口于导叶的开口呈现不均匀的状况时，机组的振动频率等于机组的转轮叶片数与转动的频率相乘或者活动导叶的数量与转速的频率相乘。

4结语

水轮发电机组作为电力工程中的重要组成部分，在维持社会经济发展有效用电量与与提升电力工程发电质量等方面发挥着重要的推动作用。但在现实的生产过程中，水轮发电机组存在着一些振动故障，给发电机组的运营带来了很大的麻烦。因此，从水轮发电机组存在故障的角度出发进行研究并找出相应的识别策略，是当前摆在人们面前的一项重大而又紧迫的任务。