摘要：伴随着我国国民经济的不断发展，科学技术的不断进步，水利水电行业也得到了较为长远的发展。水力发电机组是一种大型的工业机组，其自身的功率较大、结构构造较为复杂，对技术的要求也较高，所以也较为容易出现问题，其中振动就是水力发电机组普遍存在的一种现象，导致水力发电机组振动的原因多样，且危害各异。本文结合实际简单的介绍了水力发电机组运行中产生振动的原因以及危害，并对如何采取措施防止发电机组运行中产生振动进行了简单的阐述。
关键词：水力发电机组；振动；产生原因；处理分析
伴随着我国水利水电行业的不断发展，我国各水电站水轮发电机组的容量也越来越大，但由于其自身的结构非常复杂且日渐变化，所以水力发电机组的稳定性问题是十分重要的一个问题。发电机组作为影响水电生产效率的重要一项因素，在其运行中对技术性的要求也十分严格，所以在日常的生产中必须按照严格的规范进行操作，避免各类问题发生的可能性。
一、水力发电机组运行中产生振动的危害
由于水电机组的自身具有特殊性以及工作环境的限制，水力发电机组在运行的过程中振动问题是在所难免的。如果机组的振动被控制在发电机设计范围之内就不会造成太大的危害，但是如果振动过大以至于超出了设计范围，则很有可能难以对其进行控制，从而导致发电机失去其应有的使用价值。
（1）、若水力发电机组运行过程中产生的振动过大，发电机之间各连接部件会受振动的影响而发生松动，这可能会引起松动部分与静止的部分发生一定的摩擦，过度摩擦可能会导致出现扫膛的现象从而损坏机器。
（2）、若电力发电机组遭受较大程度的磨损，或是轴剧烈的振动，则容易使轴与轴瓦温度上升，温度过高很有可能烧坏瓦轴，从而导致电机转子的振动过大，大大增加滑环电刷的磨损程度，导致电刷火花不断地增大。
（3）、水力发电机组振动可能会引起机组零部件金属以及焊缝之间疲劳破坏区形成并扩大，促使其机能的减弱。但随着裂纹的不断扩大，会导致裂缝的存在，最终会造成断裂，这样会导致水力发电机组因不能使用而报废。
（4）、水力发电机组的尾水管中形成的涡流脉动压力压力，这会使尾水管壁发生裂缝，从而影响尾水管壁的正常功能，严重时可能会导致整体尾水设施遭到严重的破坏。
二、水力发电机组运行中振动的原因
（一）、水利因素
水利因素主要是指水轮机水力部分的动水压力所产的干扰引起水力发电机组的振动，由水利因素引起的振动具有随机性的特点，且当机组处于非设计工况或是过渡工况运行的状态下时，受水流状态恶化的影响，机组的各个部件振动会明显的增加。
单位体积的水流流量往往取决于水头，所以机组的振动往往会随着水头的降低而减弱，高水头、低负荷的状态下，振动相对而言会比较严重。通常能够引起振动的水力因素主要有：水力不平衡、空腔汽蚀、卡门涡列等。
（1）、水力不平衡
具有位能与动能的水流可以在蜗壳的作用下形成环流，然后通过固定和活动导叶对转轮的均匀作用，引起转轮旋转。当加工与安装存在误差、导水叶叶片流道的形状与尺寸之间会存在很大的差别，作用于转轮的水流失去轴对称时就产生了一个不平衡的横向力，引起转轮振动，在空载或低负荷运行时产生强烈的振动。
（2）、卡门涡列
恒定流术绕过物体时，出口边的两侧会有旋涡出现，而且会形成旋转方向相反、有规则交错排列的线涡，线涡之间会进行相互干扰、相互吸引，从而形成卡门涡列。卡门涡列之间的冲击频率与转动提叶片的固有频率相近时，可以产生共振，从而发生振动。
（3）、间隙射流
轴流式水轮机中，转轮室间隙与叶片之间存在着正背面压差，从而会导致一股射流的的形成。随着转轮的旋转，对转轮室某一部位来说，交替出现瞬间压力升高和降低，会导致周期性的压力脉动形成，而这种压力脉动能够引起转轮室的振动。
（4）、空腔汽蚀
当水流通过水轮机时，水流的流向、流速会随着流道的发生改变，在流速增高或者脱流部位压力下降到气化压力时水流中会有气泡产生，当气泡进入到高压区破灭时会发生汽蚀现象。当发生汽蚀时，汽蚀部位会发生特殊的噪声与撞击声。
空腔汽蚀通常是由流道中因旋涡引起脱流、负压等而造成的的压力交变而产生的的振动，这种振动属于垂直振动，比横向振动有着更大的危害。
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（二）、电磁共振因素
（1）、发电机三相不对称运行
在发电机运行的过程中，会有三相不平衡负载的现象，从而引起三相电流的不平衡。三相不平衡电流能够在三项绕组中分别产生正序旋转磁场与负序旋转磁场。
负序磁场在水力发电机转子纵轴和横轴附近运行时，所产生的磁场线不同，转子与定子之间的作用力也有所不同，这样，负序磁场与转子之间所产生的作用力会时大时小，从而导致力矩变成周波数两倍的频率而进行的脉动，造成转子以及定子机座的振动。
（2）、发电机短路
若发电机突然发生短路的现象，会使定子绕组的端部在很大程度上受到电磁力的作用。发电机突然间的短路可能会使转子轴很大程度上收到电磁力矩的作用，这种电磁力矩有两种：一种是突然短路过程中出现的冲击交变力矩，另一种是短路电流中定子、转子绕组产生电阻损耗的有功电流分量所产生的阻力矩。
这些电磁力以及电磁力矩能使发电机组收到强烈的振动，严重危害发电机的部件。
（三）、机械因素
1、主轴的弯曲或是挠曲、推力轴承调整不良、轴承间隙过大等原因，都有可能会引起空载低速的振动。
2、转轮等旋转部件的与静止部件进行相互碰撞时，碰撞会引发振动现象的发生。
3、转动部分重量不平衡可能会引起振动，而且随着转速的不断上升，振动的幅度会不断增大，特别是在进行焊补转轮或者更换桨叶后，这种现象更为严重。
三、水力发电机组运行中振动的处理分析
1、由于汽浊与尾水管涡带所引起的机组振动，可用通过补气的方式进行减振消振，或是通过在尾水管入口位置装置导流瓦或是导流翼板等，并以此来减轻或是消除涡带引起的振动。
2、由于卡门涡列引起的振动，可以通过改变卡门涡列频率或是叶片的固有频率，或是将叶片出水边削薄、改型等方式，从而削弱或抵消正反两侧面构成的交变漩涡，避免产生共振。
3、对于间隙射流引起的振动，可以通过调整间隙的方式使其变得均匀。适当的增大外止漏环间隙，能够削弱转轮偏心运动对转轮背压止漏环间隙，从而减弱振动。
4、由机械原因所引起的振动，能够通过动平衡、调整曲线或是调整轴瓦间隙等方式来提升相对同心度与精密度。
5、对于由电磁振动因素所引起的振动，不仅要遵循制造厂家所进行的相关规定，而且要对水力发电机组进行定期的检修试验，加强对发电机组运行时的监督，尽量早的发现问题并进行处理。
结束语：
水力发电机组受到各方面原因的影响，所产生的振动问题十分复杂，且产生振动是不可避免的。所以，这就要求在明确振动发生的具体原因情况后，对水力发电机组进行定期的检修，采用合理有效的方式减少或是消除振动的发生，尽可能的发挥水力发电机组最大的使用价值，从而保证机组的正常运行，推动水力发电机组的生产效率。
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作者简介：宋波 男 （1981-02） 大专 助理工程师 主要从事水力发电生产运行设备管理维护等相关工作。
论文作者:宋波
论文发表刊物:《基层建设》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/17
标签：机组论文; 水力发电论文; 转轮论文; 卡门论文; 原因论文; 发电机论文; 发生论文; 《基层建设》2017年第12期论文;