發(fā)電機(jī)振動(dòng)分析

水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)是水電站存在的一個(gè)普遍問題，有設(shè)計(jì)、制造、安裝、檢修、運(yùn)行等方面的原因。運(yùn)行中的機(jī)組不同程度都存在著振動(dòng)，電站規(guī)定振動(dòng)值在某一允許范圍內(nèi)，當(dāng)振動(dòng)超過規(guī)定的允許值時(shí)，便會(huì)影響機(jī)組的安全運(yùn)行和機(jī)組的壽命，需及時(shí)找出原因并采取措施消除。同時(shí)，水輪發(fā)電機(jī)組的振動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的問題，但從振動(dòng)的原因來看，一般有機(jī)械、水力及電磁等方面的原因。江蘇振迪檢測(cè)結(jié)合實(shí)踐談?wù)勊啺l(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的振動(dòng)問題。

機(jī)械振動(dòng)由于機(jī)組機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其他力的干擾造成的振動(dòng)叫做機(jī)械振動(dòng)。引起機(jī)械振動(dòng)的因素有：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、機(jī)組軸線不正、導(dǎo)軸承缺陷等。

轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子重心與軸心產(chǎn)生一個(gè)偏心距。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于失衡質(zhì)量離心慣性力的作用，主軸將產(chǎn)生彎曲變形。軸變形越大，振動(dòng)也越嚴(yán)重。在制造時(shí)，要進(jìn)行轉(zhuǎn)子的靜平衡、動(dòng)平衡試驗(yàn)，使不平衡重量盡可能小，從根本上消除這種振動(dòng)的原因。

一、軸線不正。

機(jī)組軸線不正會(huì)引起兩種形式的振動(dòng)：弓狀回旋。由于轉(zhuǎn)子、轉(zhuǎn)輪幾何中心偏離旋轉(zhuǎn)中心，運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生橫向及縱向振動(dòng)，直接形成回旋對(duì)推力軸承、導(dǎo)軸承均構(gòu)成威脅，還能增大離心慣性力，兩者都使振幅增大。從運(yùn)行角度分析，一般出現(xiàn)在投運(yùn)年限較長，各導(dǎo)軸承間隙大，沒能及時(shí)修復(fù)，或者檢修質(zhì)量不良等情況下。另外一種是擺振。在動(dòng)水壓力下，推力軸承處發(fā)生擺振。為此，在安裝和檢修時(shí)必須找正軸線，調(diào)整各導(dǎo)軸承的間隙在允許范圍內(nèi)。對(duì)新投產(chǎn)的機(jī)組，一般不會(huì)由于軸線不正而引起劇烈振動(dòng)，但對(duì)于運(yùn)行一段時(shí)間后的機(jī)組，由于某種原因使軸線改變，如推力頭與軸配合不嚴(yán)密、卡環(huán)不均勻壓縮、推力頭與鏡板間的墊變形或破壞等，都會(huì)引起機(jī)組振動(dòng)。

二、導(dǎo)軸承缺陷。

當(dāng)導(dǎo)軸承松動(dòng)、剛性不足、運(yùn)行不穩(wěn)而潤滑不良時(shí)，會(huì)發(fā)生摩擦，引起反向弓狀回旋，即橫向振動(dòng)力。導(dǎo)軸承間隙過小，會(huì)把轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)傳給支座和基礎(chǔ)，導(dǎo)軸承間隙過大，轉(zhuǎn)軸振動(dòng)大。適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軸承間隙，才有可能同時(shí)保證轉(zhuǎn)軸與支座的振動(dòng)均在允許范圍內(nèi)。

水力振動(dòng)由水輪機(jī)水力部分的動(dòng)水壓力的干擾造成的振動(dòng)叫水力振動(dòng)。引起水力振動(dòng)的因素有：水力不平衡、尾水管中的水力不穩(wěn)定、渦列等。

三、水力不平衡。

當(dāng)流入轉(zhuǎn)輪的水流失去軸對(duì)稱時(shí)，出現(xiàn)不平衡的橫向力，于是造成轉(zhuǎn)輪振動(dòng)。水流失去軸對(duì)稱的主要原因是過流通道不對(duì)稱，如：蝸殼形狀不正確；導(dǎo)葉開度不均，引起轉(zhuǎn)輪壓力分布不均；在流道中塞有外物；轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)偏心等。

四、尾水管中水力不穩(wěn)定。

尾水管中水力不穩(wěn)定現(xiàn)象，主要指尾水管中的水壓周期性的變化，壓力脈動(dòng)作用于機(jī)組和基礎(chǔ)上，就引起振動(dòng)、噪音和出力波動(dòng)，同時(shí)它對(duì)尾水管有相當(dāng)大的破壞作用。這種情況一般發(fā)生在非設(shè)計(jì)工況下，水流在尾水管進(jìn)口有一個(gè)圓周分量，形成旋流。當(dāng)此分量達(dá)一定值時(shí)，便在尾水管中出現(xiàn)渦帶，使尾水管的水流發(fā)生周期性的變化，引起水壓脈動(dòng)和管壁振動(dòng)。當(dāng)水輪機(jī)的自振頻率與壓力脈動(dòng)頻率相同時(shí)，便發(fā)生共振，威脅水輪機(jī)組的運(yùn)行。

五、渦列。

當(dāng)水流繞流葉片，由出口邊流出時(shí)，便會(huì)在出口邊處產(chǎn)生渦列，從葉片的正面和背面交替出現(xiàn)，形成對(duì)葉片交替的沖擊。當(dāng)葉片自振頻率與沖擊頻率相同，便產(chǎn)生共振。由渦列所引起的振動(dòng)只在一定水頭和開度時(shí)才會(huì)發(fā)生，它能使葉片的根部或輪緣產(chǎn)生裂紋，有時(shí)還伴隨著一定的聲響。

在偏離設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行，機(jī)組一般都存在著一個(gè)振動(dòng)區(qū)。這個(gè)振動(dòng)區(qū)主要是由水力方面引起的，如尾水管中水力不穩(wěn)定、渦列等。在沒有解決振動(dòng)問題之前，為了機(jī)組的安全與穩(wěn)定，值班人員應(yīng)盡可能地避開這些區(qū)域運(yùn)行。磁振動(dòng)由發(fā)電機(jī)電磁部分的電磁力的干擾造成的振動(dòng)叫做電磁振動(dòng)。引起電磁振動(dòng)的因素有：發(fā)電機(jī)二相不對(duì)稱運(yùn)行、發(fā)電機(jī)突然短路等。

六、發(fā)電機(jī)三相不對(duì)稱運(yùn)行

發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，會(huì)發(fā)生三相不平衡負(fù)載，引起三相電流不平衡。三相不平衡電流會(huì)在三相繞組中產(chǎn)生一個(gè)正序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和一個(gè)負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。當(dāng)負(fù)序磁場(chǎng)對(duì)著水力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子縱軸附近時(shí)，因氣隙小，磁阻小，磁力線就多，轉(zhuǎn)子和定子間的作用力就大。當(dāng)負(fù)序磁場(chǎng)對(duì)著轉(zhuǎn)子橫軸附近時(shí)，因氣隙大，磁阻大，磁力線就少，轉(zhuǎn)子與定子間的作用力就小。這樣，負(fù)序磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子之間的作用力時(shí)大時(shí)小，就使力矩變成兩倍于周波數(shù)的頻率而脈動(dòng)，造成轉(zhuǎn)子及定子機(jī)座的振動(dòng)。

發(fā)電機(jī)突然短路發(fā)電機(jī)突然短路會(huì)使定子繞組的端部受到很大的電磁力的作用。這些力包括定子繞組端部相互間的作用、定子繞組端部與轉(zhuǎn)子繞組端部相互間的作用力以及定子繞組端部與鐵芯之間的作用力。另外，發(fā)電機(jī)突然短路還使轉(zhuǎn)子軸受到很大的電磁力矩作用，所受力矩分為兩種：一種是短路電流中使定子、轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生電阻損耗的有功電流分量所產(chǎn)生的阻力矩，另一種是突然短路過度過程中才出現(xiàn)的沖擊交變力矩。這些電磁力及電磁力矩能使發(fā)電機(jī)組受到劇烈的振動(dòng)，并給發(fā)電機(jī)部件帶來危害。發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地當(dāng)發(fā)電機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)轉(zhuǎn)子兩點(diǎn)接地時(shí)，部分線匝短路，電阻降低，有較大的短路電流流過短路點(diǎn)，勵(lì)磁電流不正常的增大，發(fā)電機(jī)進(jìn)相多，引起磁場(chǎng)不平衡，造成發(fā)電機(jī)組強(qiáng)烈的振動(dòng)。

此外，非同期并列、系統(tǒng)故障、雷擊也會(huì)使發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生電磁振動(dòng)。

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