水轮机振动原因分析

1、水轮发电机组的振动是以水轮机为原动力，水的能量是激发或维持机组振动的最根本能源。它既可直接激发并维持机组的振动，也可间接激发或维持机组振动。从振动的发生的情况看，有的是水轮机本身的水力特性所决定的，有的是由一些偶然因素作用产生的。发电机是将水轮机的机械能转换为电能的装置，在转换过程中，由于某些方面如设计、加工、安装或参数配合不当也会引起发电机的磁振动。从结构上讲，水轮发电机组可以分成两大部分：转动部分和固定、支持部分。它们中任何一个部件存在机械缺陷时都可能引起机组的振动，而这些缺陷可能是由设计、加工、安装等任何一个环节所引起。因此，一般来说水轮发电机组有四大振动部件：上机架、下机架、顶盖、转动

2、部分；异常情况下还有其它振动部件，如定子铁心等。2.1 2.1 水力因素水力因素 振动的水力因素系指振动中的干扰力来自水轮机水力部分的动水压力。其特征是带有随机性,且当机组处在非设计工况或过渡工况运行时,因水流状况恶化,机组各部件的振动亦明显增大。产生振动的水力因素主要有:水力不平衡、尾水管低频水压脉动、空腔汽蚀、卡门涡列、间隙射流等。 2.1.1 2.1.1 水力不平衡水力不平衡 具有位能和动能的水流通过蜗壳的作用形成环流,再通过分布均匀的固定和活动导叶均匀作用于转轮激发转轮旋转。由于加工和安装误差,使导水叶叶片、流道的形状与尺寸差别较大时,作用于转轮的水流失去轴对称时就产生一个不平衡横向力

3、,引起转轮振动,在空载或低负荷运行时振动强烈。 2.1.2 2.1.2 尾水管低频水压脉动尾水管低频水压脉动 水轮机在非设计工况下运行时,由于转轮出口处的旋转水流及脱流旋涡和汽蚀等影响,在尾水管内常引起水压脉动。压力脉动就会激起尾水管壁、转轮、导水机构、蜗壳、压力管道的振动。 2.1.3 2.1.3 空腔汽蚀空腔汽蚀 水流通过水轮机时,其流向、流速随流道改变,在流速增高或脱流部位压力降低到汽化压力时水流中产生汽泡,汽泡进入高压区溃灭时便会出现汽蚀。汽蚀发生时,在汽蚀部位会发生特殊的噪声和撞击声。空腔汽蚀是流道中因漩涡带引起脱流、负压而造成的压力交变产生的振动。由空腔汽蚀引起机组的顶盖和推力轴承

4、出现剧烈的垂直振动,它比横向振动的危害更大。 2.1.4 2.1.4卡门涡列卡门涡列 恒定流束绕过物体时,在出口边的两侧出现漩涡,形成旋转方向相反、有规则交错排列的线涡,进而互相干扰、互相吸引,形成非线型的涡列、俗称卡门涡列如，当卡门涡列的冲击频率接近于转动体叶片的固有频率时,将产生共振,并拌有较强的且频率比较单一的噪声和金属共鸣声。2.1.5 2.1.5 间隙射流间隙射流 在轴流式水轮机中,叶片和转轮室间隙处由于正背面压差的存在,会形成一股射流,其速度很高。由于转轮的旋转,对转轮室某一部位来说,交替的出现瞬时压力升高和降低,形成周期性的压力脉动。这种压力脉动会引起转轮室振动, 2.2 机械因

5、素 振动的机械因素系指振动中的干扰力来自机械部分的惯性力、摩擦力及其它力。其特征是振动频率等于机组的转动频率或整倍数的机组转动频率。引起振动的机械因素主要有:转子质量不平衡;机组轴线不正;导轴承缺陷等。 2.2.1 2.2.1 机组轴线不正机组轴线不正 由于轴承中心线偏斜或偏移、转子的弯曲、转子与轴承的内隙以及承载后转子与轴承的变形等原因都将引起轴线不对中。其影响是：产生不平衡离心力；增大转子弓状回旋半径；引起迷宫中较强的压力脉动，有时还会引起机组的自激振动。有的电厂运行检修经验表明，有些不对中的情况还会产生两倍频的附加径向力和摆度，还会有一个转频的附加轴向力作用在推力轴承上。 2.2.2 2

6、.2.2 轴瓦间隙大轴瓦间隙大 其它条件不变时，轴瓦间隙的大小直接决定转子弓状回旋半径，（基本规律是：间隙有多大，摆度幅值就有多大）；降低转动部件的临界转速。2.2.3 2.2.3 轴承缺陷轴承缺陷 当导轴松动,或间隙过大润滑又不良,或轴承与固定止漏环不同心等都会发生干摩擦,引起机组的横向振动。2.2.4 2.2.4 推力头松动推力头松动 推力头松动指推力头内孔和轴颈间存在间隙。当推力头松动时，机组振动、摆度的特点为：机组运行时的动态轴线姿态会发生突然变化，机组的振动、摆度忽大忽小，呈不稳定状态。而且，推力头松动也会给机组盘车带来困难。 2.3 2.3 电磁因素电磁因素 振动的电磁因素系指振动

7、中的干扰力来自发电机电气部分的电磁力。其特征是振动随励磁电流的增大而增大。引起电磁振动的主要因素有转子绕组短路、空气间隙不均匀等。2.3.1 2.3.1 转子绕组短路转子绕组短路 当一个磁极因短路而引起磁动势减小时,和它相对应的那个磁极的磁动势并没有变,因而出现一个跟转子一起旋转的辐向不平衡磁拉力,引起转子振动。这种振动的大小取决于失去作用的线圈匝数。其振动的振幅与励磁电流有关,用公式表示为=(),励磁电流增加,振幅增大。当去掉励磁,振动立即消失。所以很容易把这种振动和其它原因产生的振动区分开来。2.3.2 2.3.2 空气间隙不均匀空气间隙不均匀当发电机转子不圆或有摆度时,空气间隙就会不均匀,从而产生单边的不平衡磁拉力,随着转子的旋转而引起空气间隙周期性变化,单边不平衡磁拉力沿着圆周作周期性移动,引起机组振动。 振动是旋转机械不可避免的现象,若能将其振幅限制在允许范围内,就能确保机组安全正常运行。但较大振动对机组安全是不利的,会造成如下危害: 3.1 使机组各连接部件松动,使各转动部件与静止部件之间产生摩擦甚至扫膛而损坏; 3.2