(完整版)水轮发电机组振动的处理

水轮发电机组振动的处理

机组运行的稳定是水轮发电机组工作性能中的重要指标,克服机组的不稳定，就成了机组设计、制造、安装、运行和检修中突出要解决的问题之一，无论大、中、小型机组都不例外。

机组运行的稳定性包括：机组工作水头和出力的波动；水压力脉动、水流周期性冲击；机组支承部分的振动机组转子振摆、调速系统的振荡；机组内部不正常的音响（噪音、异常声音）等。而这些稳定性的基本表现形式就是振动。

因为水轮发电机组是一个弹性组合体，在运转中所受的力又不可能是绝对平衡的所以振动是不可避免的。机组在运行中出现微小的振动是允许的，而我们所关注的是机组在运转中出现不允许的所谓异常振动时，会造成机械连接件的松动或造成某些部件的有害的弹性变形和塑性变形，使一些零、部件材料发生疲劳、裂纹以致断裂，也可能引起机组基础、厂房构件和引水压力钢管的共振，导致机组运行参数的波动，影响机组的负荷分配及供电质量，有时会酿成严重事故，从而威胁机组的安全、稳定运行，缩短了机组的使用寿命。因此，振动是衡量机组设计、制造、安装和检修质量的一个综合性技术指标，也是机组运行不稳定性的基本表现形式。但这种振动又是不可避免的，我们必需对水轮发电机组的振动予以足够的重视，了解它的基本规律，尽

早的发现异常振动现象，及时的进行检查、分析、判断，妥善的采取暂时的或长期的消振措施，将振动控制在允许的范围之内。

一、机组振动的分类

机组振动的现象是比较明显的，但振源往往是隐蔽的。引起水轮发电机组振动的原因多种多样，因素复杂，有时同时存在集中或多种因素。通常认为，使机组产生振动的干扰力源主要来自电气、机械和水力三个方面，这三者相互影响、相互作用，常常交织在一起，形成耦合振动。

电磁振动的干扰力主要来自发电机电气部分的电磁力，引起电磁振动的主要因素是转子绕组短路和空气间隙不均匀，它们直接造成磁路不对称，产生磁拉力不平衡。

水力振动主要是由于水流所激起的各部分的振动，水力振动的型式有很多，主要有涡列振动、尾水管低频压力脉动、间隙压力脉动及转轮叶片的颤振与急振等。通常通过机组补气、在尾水管直锥段上部装置导流栅、对叶片出水边进行修形及对混流式水轮机转轮叶片的出水边加支撑柱（圆形或流线形截面）的方法来解决机组的水力振动。

机械振动的原因有很多，通常有以下几个方面：

1、发电机转子的静、动不平衡

如果水轮发电机的转子（或机组的转动部分）的重心不在机组的旋转中心线上则静止时有一个不平衡力矩存在，这时转子的偏心造成的失衡就静不平衡。当机组在旋转时，就会产生一个离心惯性力，就会产生一个不平衡力矩，这就是动不平衡。静、动平衡的存在，使主轴处于“弓状回旋“状态，这种由于转子偏重所产生的离心惯性力对机组的转动部分具有周期性的强迫作用，因而可引起机组的受迫振动。

2、机组转动部分的总轴向力不通过推力轴承中心

机组转动部分的总轴向力特别是轴向力推力，由于某些原因，往往不一定准确的通过推力轴承中心，这就存在着一个程序不同的偏心力矩，当机组在运行中，偏心力矩也随同机组转动部分一起旋转，致使各推力瓦受力不均，即推力瓦承受着脉动压力，其脉动频率同机组的转动频率，因而使推力轴承产生轴向振动及扩大了轴线的锥状摆度，这种摆振是由推力轴承的轴向脉动与主轴的简谐振动综合后形成的受迫振动。在实际运行过程中，不允许有较大摆振，但是，当这种摆振频率与推力轴承的固有频率接近或相等时将会产生共振，使机组转动部分摆振加剧，推力轴承很容易烧瓦及结构损坏，导致恶性循环。

3、主轴与导轴承间的干摩擦或半干摩擦

当主轴旋转中心线与机组中心线基本重合，而与导轴承中心相分离时；或当主轴摆度较大，使主轴在旋转过程中偏靠时；或当导轴承调整间隙偏大及运转中出现明显扩大时，均可造成油膜断续而造成润滑不良，严重时会在主轴与导轴瓦之间产生半干摩擦或干摩擦现象。这时将产生一个摩擦力矩，它将起到使主轴向逆时针方向的作用，结果造成机组转动部分的横向抖动，即”甩轴”现象。

4、机组轴线不合格或调整不当

这种情况意味着主轴摆度不合格，或轴线与机组中心线及旋转中心线至少有两条处于分离状态，使机组在运行过程中产生或加剧磁力和水力的不平衡，而容易引起机组的受迫振动。

5、导轴承结构刚度不够，抗重螺钉松动或轴承间隙调整不合格

这些容易造成主轴的横向脉振。一旦发生脉振现象，将很可能出现“甩轴”，使推力轴承工作条件恶化，又会导致磁力和水力的不平衡，结果必然引起机组程度不同的受迫振动。

6、共振

当机组转速接近或等于临界转速时，机组将发生危险性共振。这种情况可能发生在机组过速试验或飞逸工况。正常运行是不会发生的，因为都按临界转速大于飞逸转速的10-15%进行主轴设计的，使机组允许运行转速频率避开了飞逸转速频率。

二、机械振动的原因判断

1、测振方法

机组振动测量的方法有很多，主要可以分为机械测振法、电测法和光测法三种。机械测振法和电测法在机组振动的测量中应用较多。

(1)、机械测振法

机械测振仪主要用于测量振动的位移和频率，适用于低频振动，大多数具有笔式记录装置，以便记录振动的时间历程，通过跟时间信号比较，测出振动频率。

千分表是一种最简单的机械测振仪，可以直接用来测量振动的振幅。方法是用桥式起重机吊一重物，把千分表固定在重物上，使千分表的测杆触头紧紧顶住于机组被测部位，并使测杆方向与振动方向一

致，从千分表就可以直接读出指针摆动的最大值，这个值就是振动振幅。

手握式惯性测振仪测振。测量时，将仪器固定在不动的支架上或用手握着，使测振仪的触头与被测体的振动方向一致，并借助弹簧力跟被测振动体表面接触。物体振动时，触头跟随它一起振动从而推动记录钢针在移动的纸带上描绘出振动体位移随时间变化的曲线。根据曲线可以算出位移的大小，并对照时间标记可算出振动频率。

固定式测振仪测振。千分表嵌在重块内，测量时把框架固定于机组的振动部位，如果被测振动的频率远远大于仪器内悬挂系统的自振频率，则当仪器框架与被测部位一起振动时，由于重块的惯性，千分表实际上是不动的。和千分表测振仪一样，千分表的指示即为被测部位振动的振幅。

手握式示振仪测振。带有千分表的测振仪，测量的振动频率在12Hz 以内，在此范围内可以得到较好的测量精度。当被测振动频率很高时，用这类测振仪将会带来很大测量误差。这时可用手握式示振仪。手握式示振仪可测取较高频率的振动，并且既能测振幅，又能测得频率和波形。

(2)、电气测振法

电气法测振系统主要由传感器、显示器一一示波器、记录仪器等组成。传感器是将机械振动量(位移、速度、加速度)的变化转换成电量(电流、电压、电荷)或电参数(电阻、电容、电感)的变化器件。传感器输出量和输入量的瞬时值之间保持一定的比例关系，经测振仪处理(放大、积分或微分等)后，将信号输入到测量(显示或记录)仪器，从而将振动量(位移、速度、加速度)的时间历程(振动曲线)和频率显示记录下来。就是通过示波器拍照方法，将位移(振幅)、单位时间内振动的次数(频率)、往复振动间隔时间录制下来。

2、原因分析

为了将机组振动值降到允许值以下，就得找出机组振动的原因。使水轮发电机组产生振动的主要原因有：机械不平衡、电磁不平衡、水力不平衡。如何分辨哪个是引起本次振动的主要因素，可以分别做以下几项试验。

(1)、转速试验

分别使机组在额定转速的60一100％下旋转，并测量各部导轴承支持机架内端的振幅及频率，绘制出转速与振幅之间的曲线，如果机组在此范围内运行时，振幅一直很大，改变转速对振幅影响不密切，而

振动频率与转速频率基本一致，则振动原因可能是：轴线曲折，盘车摆度未调好，导轴承不同心，主轴与固定部件有偏磨等。应重新盘车并调中心。如果振幅随机组转速增高而增大，且基本上与转速平方成正比，而振动频率与转动频率又一致，则振动原因是转子部件静(动)不平衡所引起的，应做静、动不平衡试验，并根据试验结果加配重块处理。

(2)、励磁试验

在额定转速下给转子磁极加励磁电流，测量并绘制振幅与励磁电流的关系曲线。如果振幅随励磁电流加大而增大，则磁拉力不平衡是引起机组振动的主要原因，应进一步检查发电机空气间隙是否均匀，磁级线圈有无匝间短路，磁极背部与磁轭间是否出现了第二气隙等。并做相应处理。此外，还有因定子分瓣合缝把合不严引起的电磁振动及定子高次谐波引起的振动等。

(3)、从小到大带上不同的负荷，测量各种负荷下的振幅及导叶接力器行程，绘制负荷与振幅，或接力器行程与振幅的关系曲线。如果振幅随负荷增减或随接力器行程增减而增减时，且水轮机导轴承处的振幅变化比上导轴承处的振幅变化来得敏感，则水力不平衡是引起机组振动的主要原因。应检查水轮机过流部分有无局部堵塞，轮叶出水边开口是否一致，高水头水轮机下腔叶轮轮背部水压脉动是否过大等。

(4)、调相试验

首先使导叶关闭，机组转为调相运行，如果这时机组振幅减小很多，则振动的干扰力源主要是水轮机的水力部分；若振幅没有什么变化，则振动的干扰力源主要是机组的机械部分和电磁部分。

三、发电机机械不平衡力的消除

对发电机的转动部件进行校平衡是提高水轮发电机组运行质量和寿命的一个重要措施。校平衡主要包括校静平衡和校动平衡。

校静平衡的方法很多，但是最常用的方法是把转子放在两个平行的导轨上，令起自由滚动，如果每次滚动后，转子上的某一点都是停止在最下面位置，就说明重心向该方向偏移，这时可以在相反方向(转子静止时的上方)试加平衡块。平衡块的大小可以逐步调整，直到转子自由滚动时其每次停止的位置完全是任意位置的时候为止。这种方法比较简单，但由于转轴和导轨间又摩擦，所以误差较大。校动平衡的基本原理是利用转动时不平衡重量产生的离心力所引起的振动现象，找出不平衡重量的位置和大小，在用加重或减重的方法加以消除。动平衡试验，就是人为的改变转子的不平衡性。用一试重块，临时固定在转子某一指定的地方，并测出其振动的大小，从而求出转子原有不

平衡力的大小及方位，然后在它的对称位置加配重块，使配重块所产生的离心力，去抵消原有不平衡力，借以消除或减少振动的目的。实际证明，水轮发电机组的振动绝大多数是由发电机子转子静或动不平衡所造成的，因此做动平衡试验是减小机组振动的主要方法之一，尤其在大容量和高转速机组中更是重要的。