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2、明确的安排，并在执行时优化流程，提升效率，以达到比预期 更好的方案效果。为便于学习和使用，请在下载后查阅和修改详细内容。水轮发电机组的振动问题与一般动力机械的振动有一 定差异，除了机器本身转动或固定部分引起的振动外，尚需 考虑发电机的电磁力以及作用于水轮机过流部分的流动压 力对系统及其部件振动的影响。在机组运转的状态下，流体 机械一电磁三部分是相互影响的。例如，当水流流动激起 机组转动部分振动时，在发电机转子与定子之间会导致气隙 不对称变化，由此产生的磁拉力不平衡也会造成机组转动部 分的振动,而转动部分的运动状态出现某些变化后，又会对 水轮机的水流流场及发电机的磁场产生影响。因此，水轮机 的振
3、动是电气、机械、流体等多种原因引起的。可见，完全 按照这三者的相互关系来研究系统的振动是不够的。鉴于 问题的复杂性，将引起水轮机组振动原因大致分为机械、水 力、电气三方面的因素来研究，为水电厂生产管理、运行、 检修人员提供参考意见，以便制定出相应的预防和消振措 施。1水轮发电机组振动的危害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：a）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；b ）引起零部件或焊缝的疲劳、形成并扩大裂缝甚至断 裂；c ）尾水管低频压力脉动可使尾水管壁产
4、生裂缝;当其 频率与发电机或电力系统的自振频率接近时,将发生共振， 引起机组出力大幅度波动，可能会造成机组从电力系统中解 列,甚至危及厂房及水工建筑物。下面简单介绍几起天桥水 电厂机组振动引起的事故，以便从中了解机组振动的起因。a）20世纪80年代初，天桥水电站多次发生因振动摆度 过大而引起的设备损坏事故。1980年8月3号机由于上导 轴承摆度大导致4个上导瓦背垫块断裂；1982年10月3号 机发生发电机扫膛严重事故，上导瓦架与上机架固定螺栓8 只中的5只被剪断,1只定位销剪断、瓦架变形。上机架振 幅达022 mm,水导轴承处振幅达020 m m。水轮机轴与发 电机大轴法兰联接处摆度为074m
5、m，后经测量分析为机组 轴承中心不正，发电机转子外圆度超标，空气间隙不匀等原 因所致。b) 1997年2月天桥水电站4号机尾水管锥管段不锈钢 衬板与普通钢衬板衔接处(高程8087m)以下约有23m2普 通钢板沿环向脱落。其主要原因是由于叶片翼端间隙射流 及尾水管涡带产生的低频水压脉动相互作用，引起锥管段钢 板振动，焊缝疲劳破坏后被撕裂或脱落。c) 20xx年11月天桥水电站1号机大修后，发生发电机 推力瓦12块被烧毁的严重事故，因推力瓦水平调整不好，轴 系中心不正及调速系统失调所致。d )20xx年5月天桥水电站3号机大修检查发现尾水管 弯管段垂直于水流方向产生环状裂缝,其主要原因为尾水管 低
6、频水压脉动激起尾水管壁振动，当振动频率接近尾水管的固有频率产生共振时，严重造成尾水管壁产生裂缝。从以上 几个实例看出，机组发生振动的原因主要是由于机械、水 力、电气三方面的原因引起的，其它如调速系统失调、振荡 的因素也有，但不甚严重也不常发生。2水轮发电机振动原因分析a(1)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。由于单位体积水流的能量 取决于水头，所以机组的振动一般是随水头的降低而减弱， 高水头、低负荷时振动相对而言较为严重。产生振动的水 力因素主要有:
7、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) 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，引起转轮振动,在空载或低负 荷运行时振动强烈。(3) 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。尤其是在尾水管内出现大涡 带后,涡带以近于固定的频率在管内转动，引起水流低频压 力脉动。当管内水流一经发生，压力脉
8、动就会激起尾水管 壁、转轮、导水机构、蜗壳、压力管道的振动。(4) 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出现剧烈的垂 直振动，它比横向振动的危害更大。(5) 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。当卡门涡列的冲击频率接近于转
9、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。(6) 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，b(1)机械因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。b(2)转子质量不平衡由于转子质量不平衡，转子重心S 对轴心01
10、，产生一个偏心距e。当轴以角速度旋转时，由于 失衡质量离心惯性力的作用，轴将产生弓状回旋，其中心01 获得挠度y, 01绕0作圆周轴运动，回转半径丫就是振幅， 这种振动也叫振摆。其特征是:振幅是随转速度变化而变化 的。用公式表示为丫二f(3), 3升高，Y增大;反之3下降, Y减小。b(3)机组轴线不正在旋转机械中最理想的是机组中 心、旋转中心及轴线三者重合，最不理想的是机组中心、旋 转中心与轴线不重合的状态。介于二者之间的是旋转中心 与机组中心重合,机组轴线不正的主要表现形式是轴线与推 力头底平面不垂直和轴线在法兰结合面处曲折，如图6所 示，由于轴线倾斜和曲折，使机组转子的总轴向力Pa不通
11、过推力轴承中心,就产生一个偏心力矩。随着转子的旋转， 偏心力矩也同时旋转，使各支柱螺栓的受力是脉动力，其脉 动频率与转速频率相同,从而产生推力轴承各支柱螺栓的轴 向振动，转子也就随之产生振摆。轴线不正，也是引起径向 振动的原因之上。b(4)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。c(1)电磁因素振动的电磁因素系指振动中的干扰力来 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。c(2)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，用公式表示为丫二f(A),励磁电流A增 加，振幅丫增大。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。c(3)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。
