关键词：水轮；发电机组；振动；电磁
前言：社会经济的快速发展，使得水利发电工程在人们生产和生活中所发挥的重要性日益凸显，这就需要我们通过有效的措施确保水轮发电机机组的稳定运行。机组的稳定运行是判断水轮发电机工作性能的一项重要指标，如果机组出现振动，会加大机械的磨损，缩短水轮发电机的寿命，所以，应该重点研究水轮发电机组振动的原因，并通过一些措施来识别引起振动故障的原因，最终找到有效的应对之策。
一、水轮发电机组振动原理及危害分析
水轮发电机组主要包括两个部分：固定部分与旋转部分。当水轮发电机组工作时，会因为一些部位出现了问题使得机组出现不稳定性振动。此时的振动原理主要就是因为机组运转时，水能直接激发了水轮发电机组的振动，并间接的维持了机组振动。发电机的正常工作离不开机械、流体以及电气三者的共同作用，且这三者是相互作用，不可缺少的，当气隙处于不对称状态时，发电机定子跟转子之间的磁拉力就会发生不平衡，当流体导致机组转动部分出现振动时，就会带动机组转动部分出现振动，这时水轮机的水流流场和发电机的磁场都会受到转动的影响。
水轮发电机组出现振动会造成很大危害，会造成很大的安全性问题：因为当尾水管会发生低频压力脉动时，尾水管壁会发生开裂，一旦发电机机组的振动频率跟尾水管低频压力脉动的频率相接近，就会发生共振，机组会跟着出现很大范围、很大幅度的振动，甚至会让机组脱离电力系统，对受力建筑物造成极大的伤害。如果机组各个部位发生松动，各个部件相互间就会发生摩擦，最终会使得零部件和焊缝因为过度疲劳而加深加大开裂，甚至会导致断裂，其危害是相当大的。
二、水轮发电机组振动的原因
2.1机械方面的问题
这是机组在进行正常工作中产生的摩擦力、压力、惯性等一系列原因共同作用而产生的振动，这是一种十分正常，也是难以避免的振动。同时，我们把主钢轴硬度不够、转轮质量不均等、机组轴线不直、导轴之间距离较大、不牢靠、润滑到位等原因也归到了机械原因这一类。这种机械原因产生的振动都有共同的特点，既机组的转动频率与机组的转动速度是相同的，其振动幅度随着转速的变化而变化。
2.2水力方面的原因
由于这种发电方式叫做水力发电，是在水中、与水进行相互作用产生电能的一种方式，所以水力方面是造成水电机组振动最主要的一个原因。
（1）水力不稳
由于正常水流遭受块状物体卡在转轮叶片之间或者柔软的粗麻绳、橡胶带缠住转轮叶片的阻碍，造成水力不均衡，引起了水电机组的振动。通过蜗壳的作用使具有动能和位能的水流形成环流，引起转轮旋转。在安装和加工误差等因素以及流道的外观形状和导水叶的叶片的尺寸相差很大时，其横向力会受到转轮的水流不再轴对称的影响出现不平衡。所以，在低负荷或空载运行时将出现非常剧烈的转轮振动。
（2）空腔气浊
在对水电发电机组进行设计和投入使用之前，要充分考虑到机器对于抗空腔气浊能力这个因素。因为，水轮空腔气浊的发生与水轮机组的运行条件有着很大的关联，在机组开始运行一段过程之后，由于其设计时可能会出现的一些小误差，就会造成系统偏离在最优工况区进行工作，极大的影响转轮的出流条件，对水电机组的正常发电效率和设备的使用寿命造成一定程度上的影响。
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（3）尾水管出现问题
一般来说，尾水管最为水电机组非常重要的一个零部件，影响着整个水电机组的发电效率。由于其安装上的一些问题，大都为安装过低，容易造成低频水压脉动的现象。在平时没有设定具体的工作目标时，水电机组在继续工作，在期尾部就易出现脱流旋涡、旋转水流等现象。原因是在尾水管里产生大涡带后，涡带在管内接近于固定的转动频率，可能会在尾水管内产生水压脉动。如果管内水流产生流动，压力脉动就有可能会造成转轮、压力管道、蜗壳、尾水管壁等导水机构振动的现象。
（4）卡门涡流
当流体绕经轮片自入口输出的时候，会导致其在输出口的位置产生涡流，在轮片的正面与反面间断轮流形成的时候，将会导致轮片受到流体的影响，当撞击频率与轮片自身振动频率接近的时候，和出现共振问题。在一般情况中，只有在规定范围以内的水头与开度的情况下，将产生涡流列导致震荡的现象，会导致轮片的底部出现裂缝，当发生事故的时候，将有很大噪音的产生。
2.3电气方面的原因
电气机组在运行过程中产生磁场力，这也是造成水电机组振动的一个主要原因。机组的振动幅度和电磁流量两者有着一种正比例的关系。同时，发电机组在不对称的三相电流当中，在发电机出现问题候，因为产生转子接地，会导致短路现象的发生，同时电阻值也不断的降低。当有很多的电流从故障点经过的时候，会使得电场出现不平稳的问题，会导致发电机组剧烈振动现象的出现。
三、振动的处理对策
3.1水力因素导致的剧烈振动的解决对策
对于水力因素引起的强烈振动，可以采取下列措施处理：
（1）气浊和尾水管涡流引起机组的强烈振动，可以使用补气措施进行消振或是减振，也可以使用安装导流瓦和导流翼板等在尾水管入口处，可以减少和消除涡带引起的振动；
（2）对于卡门涡列造成的振动，可以采取改变叶片固有频率或卡门涡列频率的方法，也可以改型或削薄叶片出水边，也就是说，抵消、削弱正反双方侧面构成的交变漩涡，避免造成共振；
（3）对止漏间隙不当造成的振动的消除方法，可以通过调整间隙使其均匀的方法。实践证明：适当增加外止漏环间隙，可明显减弱转轮偏心运动对背压止漏环间隙压力的影响，进而减少振动。比如：李家峡水电站一号和四号水轮机组，由于止漏环开焊导致水力的振动剧烈，在更换后，其振动的幅度明显下降了。
3.2机械因素引发振动的处理对策
因为机械因素造成的振动，主要表现为导轴承缺陷、机组轴线不正、转子质量不平衡等。要处理这一类的振动，应该通过下述方式达到有效处理的目的：通过动态平衡调整轴瓦间隙或调整轴线来提高精密度以及同心度。例如，某水电站一号发电机组由于动平衡不合格，转子摆动过大的缺陷，采用转子配重的对策，取得了良好的效果。
结束语：
水轮发电机组振动有许多的弊端，如果这个问题得不到解决，会影响到水力工程的正常有序的工作运转，直接影响到水电站的既得经济效益。所以，通过这篇文章，我分析了水轮机组振动的原因和危害，给出了一些我认为能够解决问题的方法，希望对大家有所帮助，同时，也希望这篇文章能起到抛砖引玉之效，引起业内更多专业人士对此问题的思考。
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论文作者:李明仁
论文发表刊物:《中国电业》2019年第12期下
论文发表时间:2019/12/2
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