摘 要：水轮机在运转之时就会发生振动，一般情况在水轮机轴承座等相关部位设置了振动计，或者是加速度计，用来测定振动的频率、总幅值等作为分析结果，并当成监视对象。水轮机发电机组的振动研究一直是水电站比较关注的问题。
关键词：水轮机；振动类型；原因；诊断；处理
振动是水轮机运行中的常见现象，但不能超过一定的范围。当水轮机的振幅在允许范围内的时候，就可以确保机组正常运行。但当机组的振动和摆度超过允许范围时，将会对机组的安全问题造成严重的威胁，不仅会影响水轮机的正常工作，还会使机组的使用寿命缩短，甚至会引起机组和厂房的损坏。导致水轮机振动的原因有很多，有时候几种原因交织在一起，因此，必须首先设法找出产生振动的主要原因，根据不同情况，采取相应的措施加以消除。
1水轮机振动的常见类型
1.1机械振动
机械振动指的是机组振动时的干扰力来自机械部分的作用，主要有摩擦力、惯性力和其他力。其特征是振动频率等于整倍数的机组转动频率。引起机械振动的原因主要有：水轮机转子偏重；水轮机发电机轴线中心不正，连结不好；轴承有缺陷、间隙过大或调整不当；转动部件与静止部件的某处发生摩擦、碰撞。其中又以转子质量不平衡为最主要，由它导致的故障占了机械全部故障的百分之六十。
1.2水力振动
水力振动指的是振动时产生的干扰力来自水轮机的水力部分，及动水压力。其特征是：振动声从转轮室发出，水导轴承的摆度超过允许值，水机室振感较大，顶盖的水平振幅超过允许值。 引起水力振动的常见原因有：导叶固定螺丝折断，使导叶开度不一，从而使流入转轮四周的水流不均匀；蜗壳中有杂物尾水管水流不稳定，使尾水管的水压产生周期性变化，引起机组的振动和水流的轰鸣。除上述几种常见的水力振动外，其他水力振动还包括：进水口拦污栅被杂物堵塞激发的脉动；杂物进入水轮机转动与固定部件之间，引起断流或流量突变而振动；在不设调压井的长尾水系统电站中，甩负荷工况会出现水柱分离现象造成振动等。
1.3电磁振动
电磁振动指的是来自发电机电磁部分的电磁力作用和磁拉力的差异产生的振动。主要是转子磁极的形状和安装方面造成的差异使得磁极的拉力各不相同，才产生了振动。其特征是振幅随励磁电流的增加而增加，去掉励磁电流，振动即可消失。引起电磁振动的主要原因有：发电机三相电流的严重不平衡，引起电磁力的不平衡；由于电气事故引起电流的瞬间变化，导致发电机与水轮机的转速瞬间不能同步；定子和转子间的间隙不均匀，引起旋转磁场的不稳定。
2 水轮机振动问题的判断及处理方法
2.1水轮机振动的诊断
2.1.1经验判断
为了在故障发生后能够快速诊断原因，在水轮机日常维修以及技术培训中应加强不同振动表现及特征的学习与培训。通过维修人员对水轮机不同故障表现及特征的了解，使技术人员能够在故障发生后，根据故障特征表现，用听、看、感等方法及运行经验，初步判定异常振动的部位及其危害程度。 如果机组在正常运行的状况下，偶尔会有故障发生，并且随着机组的继续运行，故障会越来越严重，就可以将电磁方面的因素排除。水利方面的因素排除可以通过调整水头的高低来进行检测。如果故障不受影响，则不是水利因素的影响。
2.2试验确证
对机组进行下列试验,可大致判别由何主要因素引起的机组振动。（1）转速试验。分别使机组在各种转速下旋转，并测量各个导轴承座的振幅及频率 ，绘制转速与振幅的关系曲线。如振幅一直很大，改变转速值对振幅影响很小 ，且振动频率与转速频率基本一致，则振动原因可能是轴线曲折、盘车摆度未调好 、导轴承不同心、主轴与固定部件有偏磨。应重新盘车并调中心。如果振幅随机组转速增高而加大 ，且基本上与转速平方成正比，而振动频率与转速频率又一致 ，则振动是转动部件静(动)不平衡引起的，应做静、动平衡试验 ，并根据试验结果加配重块处理。
（2）励磁试验。在额定转速下给转子磁极加励磁电流，测量并绘制振幅与励磁电流的关系曲线。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆如果振幅随励磁电流加大而增大，则磁拉力不平衡是引起机组振动的主要原因，应进一步检查发电机气隙是否均匀 ，磁极线圈有无匝间短路 ，磁极背部与磁轭间是否出现了第二气隙等。（3）调相试验。首先使导叶关闭，机组转为调相运行 ，如果这时振幅减小很多 ，则振动的干扰力源主要是水轮机的水力部分 ；若振幅没有什么变化，则振动的干扰力源主要是机组的机械部分和电磁部分。
2.2水轮机振动的处理
2.2.1机械振动的处理
对于水轮机的机械振动现象，如果是机械安装方面的问题，首先要从转子质量方面考察。对于转子质量的不平衡这一问题，可通过检查和处理转子的平衡力来解决该问题。首先，在检查方面，可通过机组的运转来完成的；其次，在问题处理方面，可重新进行试验配重，并让转子中心和轴线能够保证双方的重合，通过这样使得轴线也能重合于转子的中心，最终使得静平衡得到了保障。而关于轴线是否与转子的中心重合这一问题，需要对转子圆度进行测量才能得出相应的判断。假设轴线与转子中心存在很小的偏差，并且该偏差是处于标准允许范围之内的话，就不需要重新采取打磁轭键的方式。
2.2.2水力振动的处理
一般来讲，可以在导叶的关闭油路中进行分段关闭阀的安装，从而让导叶关闭的速度能够有效地延缓下来，并使脱流所造成的机组振动问题得以解决。如果振动问题是由水力不均衡引起的，可以在尾水管中安装补气管进行补气的方法来减轻水压的脉动和管壁本身的振动。这样能够进一步的减轻或者是消除机组的振动现象。如果是杂物造成的振动，关闭水叶，将杂物处理干净，振动问题可以顺利解决。
2.2.3电磁振动的处理
可以对水轮机发电机进行开机实验，从而对电磁振动的可能性进行有效排除，并在不同情况下寻找机组最优协联关系以及对水轮机在运转过程中的综特性曲线进行重新的绘制，并借助数字化科学技术，把绘制好的曲线输入到电液的调速器当中，重新进行开机试验。
3 案例分析
3.1故障现象
某水电厂，运行人员报告称正常运行中的某机组突然产生不明原因振动，并伴有异常声响。检修人员对该机外部进行检查，包括发电机和各导轴瓦以及水轮机破断螺丝等，均未发现异常。为进一步分析判断故障原因，决定将机组开机并网试运行。当机组开机达额定转速左右时，其水导处摆度≥0.30mm，但无明显振动和异常声音。 机组从空载到并网到带负荷过程中，水导处的摆度和振动明显加大。当出力≥1500kw时，水轮发电机组发出类似与空气压缩机运行时的声音，并且地面上都有震动感。
3.2 故障原因分析
根据该机组检查结果和试运行时产生的现象，检修人员认为引起机组异响和振动的主要原因是水力不平衡。当流入转轮的水流失去轴对称时，会出现不平衡的横向力，造成转轮振动。水流失去轴对称的主要原因是过流通道不对称。 根据上述理论，检修人员判断有异物进入了水轮机的流道，卡在蜗壳里或转轮上，改变了水流进入转轮室对称性，从而造成机组产生异响和振动。3.3 处理过程
检修人员将机组解列停机，在完成必要的安全措施后，关闭该机组进水蝶阀，打开蜗壳进入孔，对蜗壳及导水部分进行检查，在水轮机蜗壳鼻端发现一块大石块。检修人员分析：当导水叶在开启的过程中，石块在水的推力作用下，会往转轮方向移动。当导水叶在关闭的过程中，活动导叶能将石块推出，因此，导叶能关至零位。取出石块后，开机试运行，异常声音消失，水导摆度为0.16mm，机组运行正常。
4 结束语
综上所述，水轮机的振动对机组的运行影响很大，可能会导致机组运行不稳定、出力波动大、轴承温度高、机组噪声大，甚至会引起机组固定地角螺栓损坏、尾水管金属焊接部件裂纹等问题。而导致水轮机振动的因素有很多，这就需要管理人员具体问题具体分析，弄清机组振动的原因，有针对性的采取相应的措施，及时的恢复机组的正常运转。
参考文献：
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[3]郑源，陈德新.水轮机[M].北京：中国水利水电出版社，2011.
论文作者:黄滔
论文发表刊物:《电力设备》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/17
标签：水轮机论文; 机组论文; 转子论文; 振幅论文; 水力论文; 转速论文; 故障论文; 《电力设备》2017年第8期论文;