水轮发电机组的振动原因

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1、水轮发电机组的振动原因非常复杂，主要有水力、机械、电气等三大方面的原因。例如，水轮机组的干扰通常来自一些压力脉动，低频压力脉动尤其对稳定运行构成威胁，因为它们可以扩散至整个管路系统，从而引起水力共振，其频率通常为转轮旋转频率的0．2～3倍。对于混流式水轮机，在非设计工况下运行时，转轮出口将产生强烈的涡带，从而导致尾水管流不稳定，是造成这类机组振动和出力摆动的最主要根源。尾水管脉动是低频压力脉动中最遍、最具有代表性的现象。尾水管中的水流脉动压力可使尾水管壁产生裂缝，严重的可使整块钢板剥落。振动的振级和频谱不仅取决于激振

2、力或力矩的大小和频率，同时还与电机和它的各部件，以及使水轮发电机构成整体的联接件的自振频率和运行状态有关，与制造、安装质有关，也与运行条件有关。在水轮机振动测试分析技术中，信号处理是水轮机振动测试分析成功与否的关键，其目的是提取设备中的振动特征信息，为准确分析振动原因提供依据。随着电力行业对水力机械设备安全、可靠性要求的不断提高，对振动分析提出了更高的要求，而传统的振动测试技术已满足不了对微弱振动特征信息的提取及非平稳信号特征提取的要求，而基于虚拟仪器的计算机处理技术为振动分析中这些难题的解决提供了友好的平台。从振动

3、发生的情况看，有的是水轮机本身的水力特性决定的，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，由于某些方面设计、加工、安装或参数配合不当也会引起发电机的电磁振动。从结构上，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。它们中的任何一个存在机械缺陷时都可能引起机组振动。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。常规情况下，机组有四大振动部件：上机架、下机架、顶盖、转动部分。异常情况下还有其它部件，如定子铁心等。水轮发电机组结构复杂，诱发故障的原因很多，依

4、据干扰的不同形式，机组的振动可分为机械振动、电磁振动和水力振动三大类。1．机械振动机械振动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。引起振动的机械因素有：转子重量不平衡，机组轴线不正，导轴承缺陷等。机械振动主要有：大轴在法兰处对中不良，连接不紧或固定件松动而造成大轴有折线，从而引起的振动；机组转动部分因质量不平衡、弯承瓦间隙大或推力轴承的推力轴瓦不平和推力头松动等原因引起的振动。机械缺陷或故障引起的振动有共同的特点，其振动频率为转频或转频的倍数，不平衡力一般为径向或水平方向。1．电磁振动电磁振动分为两类

5、：即转频振动和极频振动。引起转频振动电磁方面的原因主要是转子绕组短路、定子和转子间气隙不均匀、磁极的次序错误造成磁路不对称引起磁拉力的不平衡从而产生振动；定子铁芯松动引起100Hz的极频振动。2．水力振动水力因素会引起机组振动、摆度增大，振频随振源的变化而不同，如涡带偏心振频为1／2-1／6转频；卡门旋涡振频与叶片出水边相对流速、出水边厚度有关，汽蚀振频为高频等。水力振动主要有：卡门涡列引起的振动；尾水管涡带引起的振动；水封间隙不等引起的振动；蜗壳、导叶和转轮水流不均匀引起的振动；压力管道中水力振动；狭缝射流、空腔汽

6、蚀引起的振动；协联关系不正确引起的振动等。从以上分析可见，水轮发电机组的振动与众多因素有关，振动的特征反映了机组的工作状态和故障情况。不同因素引起的振动，都有其不同的特征表现。这些特征除了与振幅、振频有关外，还与机组负荷、励磁电流、水头等因素有关。为水轮发电机组振动问题研究和处理的方便，习惯上把振动问题按以下方式分类。1．常规振动常规振动是指由不可避免的因素引起的振动。在混流式水轮机中，这类不可避免的因素主要有两个：尾水管涡带压力脉动和水力不平衡。2．异常振动水轮发电机组中异常振动主要指下述几种情况：⋯⋯共振：它可能

7、出现在机组的转动部分、叶片、水体、定子铁心等处。⋯⋯自激振动：水轮机中自激振动主要由迷宫泄漏所引起。如渔子溪电站、龙首电站的机组振动问题。⋯⋯水体共振及其引起的机组强烈振动：流道中，任何部分的水体都可能发生共振。异常振动一般为几种原因叠加的结果。水轮发电机组振源1．尾水管内低频涡带低频涡带是混流式和轴流定桨式水轮机普遍存在的振源之一。产生涡带的基本条件是水轮机转轮出口水流具有一定的圆周分速度。混流式水轮机在部分负荷运行时，转轮出口产生强制旋涡。由于旋涡内部压力低，若汽蚀系数很小时，则强制涡核便产生空腔汽蚀现象，即在旋

8、涡中心形成空腔。中心部分的汽蚀空腔做周期的偏心运动，从而引起压力脉动现象。螺旋形涡带在尾水管中旋转的频率，也就是涡带压力脉动频率，在整个尾水管中各处都是一样的。1．尾水管接近转频的脉动尾水管中的脉动压力，除低频涡带外，还有中频和高频脉动压力。中频脉动压力频率接近机组的转速频率，易引起机组振动和压力管道振动。接近转频的脉动压力，在导水叶任何开度下