摘要：水轮发电机组作为水电站正常运行必不可少的一个部分，必须保证其安全而正常的工作。然而，在水轮发电机组运行的过程当中常常会因为各种因素而导致其剧烈振动，不仅仅会是转轮和导叶损坏，也会影响水电站其他方面的进行，使整体效益大打折扣。文章通过对水轮发电机组振动危害的分析，就水力因素、机械因素和电磁因素三个方面对其剧烈振动的原因进行了分析，并提出了针对性的解决对策，希望能够对水轮发电机组的正常运行提供帮助。
关键词：水轮发电机组；剧烈振动；产生原因；处理措施
一、前言
随着科学技术的不断提高，在维持整个社会的正常秩序时，少不了电力的支持。许多企业和家庭在日常的生产生活中都离不开电力，如何保障发电厂各大设备的正常运行时身份重要的。水轮发电机组作为其中一大设备，其稳定的工作状态将是发电厂良好运行的必要保障。面对影响其工作的三大因素，如何进行防护和处理是一个值得我们思考的问题。由于三大因素对水轮发电机的影响的方向和程度都存在着差异，所以必须将三者进行分类的探讨，才能够保证每一影响因素都能采取针对性的措施让危害降到最低。
二、水轮发电机组振动的危害
水轮发电机组在运行过程中难免会出现旋转机械的振动，这是难以避免的，而在正常振幅范围内的振动是不足以对整个设备构成威胁的。但是，如果振动幅度过大，使之产生了剧烈振动，那将不利于机组的安全运行。其主要危害在于：会使机组的各个部件之间的连接发生松动，部件之间的不断摩擦会导致损坏，使得设备过于疲劳，在一些部位甚至会形成裂缝以及断裂。严重的可能因为产生共振而使得厂房和水工建筑物遭到破坏。[1]尾水管低频压力脉动可使尾水管壁出现裂缝，当发电机或电力系统固有频率与其频率一致的时候，会发生共振，造成机组出现剧烈振动，有可能会导致发电机组从电力系统中解列，从而危害到整个水轮发电机组的正常运行。
三、水力因素
（一）水力因素导致的剧烈振动的原因
水轮发电机组，顾名思义，其运行与水是拖脱不开干系的，所以水力因素是对其有巨大的影响，主要表现在以下几个方面。水力不平衡是因为作用在旋转轮上的水流失去了原先轴对称式的分布，导致所受的横向力不再处于平衡状态，两者的力差导致了转轮的振动。尾水管低频水压脉冲的形成原因在于尾水管内会出现大型的涡带，其以相对固定的频率在整个管内转动，带动了管道的强烈振动。空腔汽蚀是由于水流的流速和流向在受到影响时，水流中会出现气泡，而气泡进入了高压区域，就会使得其破裂产生汽蚀。[2]并且相较于横向振动，其产生的纵向振动更加具有杀伤力。卡门涡列的产生是由于围绕着物体的恒流通过时，在出口的两侧边缘出现了漩涡，形成了有规则交错排列、向相反方向旋转的旋涡，从而相互吸引、相互干扰，形成了非线形的涡列，通常被称为卡门涡列。当卡门涡列冲击频率和旋转物体叶片固有频率比较接近的时候，叶片的固有频率会产生共振，并带有强烈且频率单一的噪声以及金属共振的声音。
（二）解决对策
对于水力不平衡所产生的振动，可以调整间隙使其均匀，尽可能地保证作用在旋转轮的水流能够有一对轴对称的平衡横向力，或者说尽量减少两力之间的差距，使得在不可避免的机械振动产生时，其振幅可以尽可能地小，不足以引起剧烈振动。而针对汽蚀和尾水管涡流引起机组的强烈振动，可以采取的措施是补气，这一举措可以减振甚至是消振。不仅如此，可以使用安装导流瓦和导流翼板在尾水管入口处，减少振动。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。
四、机械因素
机械因素引起的振动指的是各个连接部件在惯性力和摩擦力等一些机械力的影响下所形成的机械振动。其特征是振动频率相当于机组旋转频率或是机组转动频率的几倍。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆引起振动的机械因素主要是导轴承缺陷、机组轴线不正、转子质量不平衡等。
（一）机械因素导致的剧烈振动的原因
其振动原因主要可以分为三个部分。就转子质量不平衡而言，引起该因素的根本原因在于转子质量的不平衡，这种失衡的状态在实际转动的过程当中会产生离心惯性力，从而产生振动。第二部分为机组的轴线不正。理想状态下的机组轴线是以旋转中心、机组中心和轴线三者重合为基准的。单元轴线偏差的主要表现形式是轴线推力头底平面不垂直和轴线结合面的曲折。一旦三者中有一个产生偏差，就会产生一个偏心力矩，在转子转动的过程中，该力矩的旋转会产生一个轴向的振动，使得转子也会产生振摆。最后是轴承的缺陷。当导轴发生了松动，会导致各部件的间隙过大，此时产生的是机组的水平振动。[3]
（二）解决对策
要解决机械因素所带来的振动问题，可以利用以下手段，即通过动态平衡调节轴瓦间隙或者调整轴线来将精密度和同心度进行控制。利用这一方法的成功范例有，李家峡水电站一号发电机组。该发电机组由于动平衡不达标，转子摆动过大从而导致了剧烈振动的产生，利用了转子配重的措施之后，解决了这一问题，取得了良好效果。
五、电磁因素
电磁因素也是导致水轮发电机组在运行过程中产生剧烈振动的原因之一。电磁因素导致的振动主要指的是振动中产生的干扰是来自于发电机电气部分的电磁力。引起电磁振动的主要因素是空气间隙不均匀和转子绕组短路等。
（一）电磁因素导致的剧烈振动的原因
电磁因素导致的振动是来源于发电机电气部分的电磁力，其主要有两方面构成。一是转子绕组短路，产生此因素的原理在于磁极发生段路，磁动势降低，但是其他的磁动势由于没有受到影响，仍然保持原先的状态，此时就会产生横向不平衡磁拉力，使得转子剧烈振动。要将该因素与其他因素进行区分也十分的容易，当激励被移走，如果振动立即消失，那么就是有此因素造成的。二是空气间隔不均匀导致的。这一因素主要还是造成了单边磁力不平衡，不平衡的磁拉力的周期性运动，带动了转子的周期性转动，从而导致了机组的剧烈振动。[4]
（二）解决对策
可以发现，由于电磁因素产生的剧烈振动主要是在设备的影响下出现的。所以要解决这一因素所产生的振动，首先要做的就是从根源下手，严格监督制造厂家按照国家的有关规定对设备进行生产。不仅如此，在设备使用的过程中，也要按照客观规律对设备进行定期的检修，一旦发现问题要及时进行处理，避免出现更加严重的后果。
六、结束语
综上可知，水轮发电机组作为水电厂运行的重要组成部分，其安全而顺利的工作是整个社会正常的生产生活的保障之一。所以就其容易在运行过程中产生剧烈振动这一问题，一定要下功夫去解决。水轮发电机组的振动会导致设备部件的松动甚至损坏，也会导致设备产生不可弥补的裂痕。根据分析发现剧烈振动的产生原因主要可以从水力因素、机械因素和电磁因素三方面进行考虑，并根据其原理进行问题的解决，从而促进整个水力行业的蓬勃发展。
参考文献：
[1] 陈前荣，俞灿平. 水轮发电机组运行中剧烈振动的原因及处理[J]. 小水电，2014（5）：75-78.
[2] 闫天永. 水轮发电机组运行中剧烈振动的原因及处理策略[J]. 工程技术：全文版，2016（6）：00173-00173.
[3] 戴红. 水轮发电机组运行中剧烈振动的原因及解决措施[J]. 低碳世界，2017（18）：105-106.
[4] 王勖. 水轮发电机组运行中剧烈振动故障诊断及处理[J]. 工业，2016（11）：00151-00151.
论文作者:谭笔江
论文发表刊物:《基层建设》2018年第27期
论文发表时间:2018/9/18
标签：机组论文; 水轮论文; 因素论文; 剧烈论文; 转子论文; 水力论文; 轴线论文; 《基层建设》2018年第27期论文;