水輪發電機組問題的識別
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本文作者：韓東龍、宋利利、王里、張恩 單位：重慶云河水電股份有限公司
隨著時代的發展與社會的進步，水輪發電機組在我國電力事業發展中的應用變得越來越廣泛，它在提升電力工程發電質量、促進社會經濟發展等方面發揮著至關重要的促進作用。但在現實生活中，水輪發電機組存在著振動故障。本文將從這些振動故障的角度出發，研究識別振動故障的有效策略。
1針對水輪發電機組振動故障的研究
機械設備在運行過程中，都會潛在著不同程度上的振動。因此，水輪發的發電機組在運行過程中，也會存在一定程度上的振動。對待各種不同種類裝置的形式和氣所運用的軸承型的水輪發電機組，要根據不同的額定轉速對機組中各個零部件的振動幅度有一個合理的規范范圍。如若水輪發電機組在運行過程中出現超出該范圍的振動，就會產生不同程度上的故障。在研究水輪發電機組振動故障的過程中，既要考慮發電機組本身固定部位的振動與旋轉部位的振動，又要考慮流動水壓力對水輪機過流零部件與電站引水系統的影響。因此，在研究水輪發電機組振動故障的過程中，要充分考慮各個方面的原因與問題。
2針對水輪發電機組出現振動故障原因的研究
2.1原因之一———水力方面的原因造成的振動故障
水力方面的原因造成的振動故障的主要表現是：一是由發電機組中轉輪葉片尾部卡門渦所引起的機組振動，這與繞流尾部尺寸與斷面形狀有著很大的關系，其中的振動頻率公式是f=S（tw1/d），其中d表示饒流體尾部的最大寬度，St表示流體力學中的斯特羅哈數，w1表示轉輪進口處的水流相對速度；二是水輪發電機組的進水流道蝸殼與導葉中不均勻的流場產生渦流，進而形成渦帶進入機組轉輪，從而引起發電機組的振動，其中的振動頻率公式是f=nz2/60。
2.2原因之二———機械方面的原因造成的振動故障
機械方面的原因造成的振動故障的主要表現是：一是由于軸承間隙太大、軸的剛度過小或者主軸的直徑過小等原因造成的振動，它的主要特征是水輪發電機組的振幅會隨著機組的負荷的變化而變化；二是由于水輪發電機組的轉動部位的質量不合格或者不平衡而造成的機組振動，它的主要特征是水輪發電機組的振幅會隨著機組的轉速變化而變化，機組轉速與振幅之間呈現二次方正比，水平方上的振動幅度較大；三是由于水輪發電機組的緊固零部件發生松動、軸線曲折、推力軸承德調整錯誤以及發電機組之間的中心對不準等原因所引起的機組振動，它的主要特征是當水輪發電機組在空載并低轉速運轉時，發電機組就會出現非常明顯的振動；四是水輪發電機組的固定零部件與轉動零部件發生摩擦而引起的發電機組振動，它的主要特征是兩者之間產生的振動幅度較大，并時常發出撞擊的聲音。
2.3原因之三———電氣方面的原因造成的振動故障
電氣方面的原因造成的震動故障的主要表現是：
一是定子繞組的固定度不高，在高電磁負荷與電氣負荷的聯合作用下，使得水輪發電機組與繞組產生較大的振動。它的振動體征為，機組振動會隨著負荷與轉速運行情況的變化而變化，機組的上機架的振動是比較明顯的，但是不會出現加上某一負荷之后，機組的振動會隨著時間的加長而降低的狀況。
二是水輪發電機組的繞組中每極分數槽繞組所形成的磁場的特殊諧波成分所引起的磁拉力，但是定子在波數數量少的磁拉力的作用下會產生不同程度上的振動，它的振動特征是振級和電流之間呈現出線性的關系，振動會隨著定子電流的增大而增大，同時上機架部位的振動幅度特別明顯。
三是由于定子鐵芯發生松動或者定子鐵芯的組合縫發生松動而引起的水輪發電機組的振動。它的振動特征是它的振動頻率是電流頻率的兩倍，這種振動會隨著機組轉速的變化而變化，當機組被載上一定程度上的負荷之后，它的振動會隨著時間的加長而降低。四是由于水輪發電機組的轉動受到不平衡力的影響而產生的機組振動。它的振動范圍是：水輪發電機組中的上機架部位的振動比較明顯，其振動會隨著勵磁電流的增強而擴大。
3針對水輪發電機組振動故障的識別策略的研究
3.1策略之一———根據振動部位來識別振動原因
根據振動部位來識別振動原因的主要表現是：一是當機組葉片的尾部形成卡門渦列、轉輪葉片的出水邊線產生差異或者機組尾水管里面出現偏心渦帶的時候，就可以在尾水管的頂板與壓力鋼管中檢測到振動，而蝸殼中會隨之產生比較大幅度的水壓波動；二是當導葉、蝸殼或者轉輪中的水壓力不平衡的時候，就會在機組水導軸承的地方產生較大的振動；三是當水輪發電機組的推力軸承、機組軸線發生曲折、上導軸承存在缺陷或者發電機組的中心產生變化的時候，就會在一定程度上導致水輪發電機組的上機架產生較大的振動。
3.2策略之二———根據振動頻率來識別振動原因
根據水輪發電機組的振動頻率來識別振動原因的表現是：一是當機組的振動頻率等于發電機組的磁極對數與機組的轉速率相乘，就可以判斷出機組產生振動的原因是發電機組中空氣隙不均勻；二是由于機組軸承轉動油盆中油膜的振動所引起的振動；三是當機組轉動的頻率與機組振動的頻率相一致的時候，那么機組軸線曲折、轉動部位的質量不平衡以及水輪機中迷宮間隙出現不均勻現象的是導致發電機組振動的主要原因；四是當機組轉輪的開口于導葉的開口呈現不均勻的狀況時，機組的振動頻率等于機組的轉輪葉片數與轉動的頻率相乘或者活動導葉的數量與轉速的頻率相乘。
4結語
水輪發電機組作為電力工程中的重要組成部分，在維持社會經濟發展有效用電量與與提升電力工程發電質量等方面發揮著重要的推動作用。但在現實的生產過程中，水輪發電機組存在著一些振動故障，給發電機組的運營帶來了很大的麻煩。因此，從水輪發電機組存在故障的角度出發進行研究并找出相應的識別策略，是當前擺在人們面前的一項重大而又緊迫的任務。
