摘要:本文分析了影響水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的幾方面因素，引起機組振動的原因，以及如何增強器穩(wěn)定性。
　　關(guān)鍵詞:水輪發(fā)電機；振動；穩(wěn)定性
　　一、影響機組穩(wěn)定性的因素
　　1、機械方面振動
　　影響因素:動不平衡,軸系失穩(wěn),部件或支撐松動,導(dǎo)軸承憋勁,軸彎曲,定轉(zhuǎn)子碰磨等。判斷方法:變轉(zhuǎn)速、模態(tài)試驗,根據(jù)頻譜圖、時域圖、軸承溫度等判斷。解決方法有配重、加固、盤車等。
　　2、電氣方面振動
　　影響因素:轉(zhuǎn)子磁極短路,轉(zhuǎn)子(定子)圓度超標,定子鉄芯松動,定子機座松動等。判斷方法:變勵磁試驗,根據(jù)頻譜圖、時域圖判斷。解決方法有消除電氣缺陷,重新整圓,拉緊螺桿,加固等。
　　3、水力方面振動
　　影響因素:水力失衡,低頻蝸帶,汽蝕,流道水體共振,葉道渦,卡門渦等。判斷方法如變負荷試驗,根據(jù)振動和水壓脈動頻譜分析。其解決方法常可以采用諸如補氣、避振、改變補氣方式、改變轉(zhuǎn)輪或?qū)�水機構(gòu)設(shè)計、葉片修型等。
　　二、引起水力發(fā)電機組振動的原因
　　1．空載無勱
　　通常表現(xiàn)為振動強度隨轉(zhuǎn)速增高而增大；在低速時也有振動，其可能原因主要有以下幾方面：1）發(fā)電機轉(zhuǎn)子或水輪機轉(zhuǎn)輪動不平衡；2）軸線不直；中心不對；推力軸承軸瓦調(diào)整不當(dāng)；主軸聯(lián)接法蘭連接不緊；3）與發(fā)電機同軸的勵磁機轉(zhuǎn)子中心未調(diào)好；4）水斗式水輪機噴咀射流與水斗的組合關(guān)系不當(dāng)；5）轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)與導(dǎo)葉數(shù)組合不當(dāng)。針對以上問題，我們可以采取以下措施來處理：1）動平衡試驗，加平衡塊，消除不平衡；2）調(diào)整軸線和中心，調(diào)整推力軸瓦；3）調(diào)整勵磁機轉(zhuǎn)子中心；4）改善組合關(guān)系；5）改善組合關(guān)系。
　　2．空載帶勵
　　主要表現(xiàn)為：1）振動強度隨勵磁電流增加而增大；2）逐漸降低定子端電壓，振動強度也隨之減小；3）在轉(zhuǎn)子回路中自動滅磁，振動突然消失。其原因有1）轉(zhuǎn)子線圈短路；2）定子與轉(zhuǎn)子的氣隙有很大不對稱或定子變形；3）轉(zhuǎn)子中心與主軸中心偏心。針對以上問題，可以采取1）用示波器測出線圈短路位置并進行處理；2）停機調(diào)整氣隙間隙。氣隙的最大值或最小值與平均值之差不應(yīng)超過10%；3）如偏心很大時，需用調(diào)整定子與轉(zhuǎn)子中心的方法予以消除等手段予以處理。
　　3．空載或帶負荷（高水頭混流式水輪機）
　　空載或帶負荷主要表現(xiàn)為機組在任何導(dǎo)葉開度下都有擺度，但與負荷和轉(zhuǎn)速無關(guān)。振幅可能在幾秒鐘或幾小時后增大，其可能原因通常為轉(zhuǎn)動部件與固定部件碰撞，例如止漏環(huán)迷宮間隙偏小。對此問題的處理通常采取增加止漏環(huán)迷宮間隙，使不小于0.001D（D為止漏環(huán)的直徑），如相碰撞，應(yīng)校正主軸軸線。
　　4．空載或帶負荷
　　空載或帶負荷的振動特征通常表現(xiàn)為：首先，主軸擺度或振動與轉(zhuǎn)速無關(guān)。當(dāng)負荷增加后，擺度或振動有所降低。這主要是由于機組主軸軸線不正；推力軸承軸瓦不平整，處理方式是調(diào)整軸線；校正軸瓦。其次是振動強度隨轉(zhuǎn)速和負荷增加成正比增大，其原因往往是多方面的，如轉(zhuǎn)輪輪緣上突出部件布置不對稱，消除方法可以采取刮去突出部件或用蓋板遮蓋，使其平滑過渡；2）清除堵塞物；3）調(diào)整修理止漏環(huán)4）加固支承結(jié)構(gòu)等等。最后還有一種振動特征是在所有工況下主軸擺度都大，這通常是由于瓦隙過大，或主軸折曲，或機架松動，可以采取在開停機過程中越過此振動區(qū)；改變結(jié)構(gòu)的固有振動頻率。
　　三、增強水輪發(fā)電機組穩(wěn)定性的因素
　　（一）改善水輪機的水力設(shè)計
　　翼型的空化和空蝕是水輪機空化和空蝕的主要類型之一，而翼型的空化和空蝕與很多因素有關(guān)，諸如翼型本身的參數(shù)、組成轉(zhuǎn)輪翼柵的參數(shù)以及水輪機的運行工況等等。
　　就翼型設(shè)計而言，要設(shè)計和試驗空化性能良好的轉(zhuǎn)輪。一般考慮兩個途徑：一種是使葉片背面壓力的最低值分布在葉片出口邊，從而使汽泡的潰滅發(fā)生在葉片以外的區(qū)域，可避免葉片發(fā)生空化和空蝕破壞。若改變轉(zhuǎn)輪的葉型設(shè)計，就可使汽泡潰滅和水流連續(xù)性的恢復(fù)發(fā)生在葉片尾部之后，這樣就可避免對葉片的嚴重破壞。實踐證明，葉型設(shè)計得比較合理時，可避免或減輕空化和空蝕。
　　因此在水輪機選型設(shè)計時，要合理確定水輪機的吸出高度，水輪機的比轉(zhuǎn)速，空化系數(shù)。比轉(zhuǎn)速越高，空化系數(shù)越大，要求轉(zhuǎn)輪埋置越深，選型經(jīng)驗表明，這三個參數(shù)應(yīng)最優(yōu)配合選擇。對于在多泥砂水流中工作的水輪機，選擇較低比轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)輪、較大的水輪機直徑和降低值將有利于減輕空蝕和磨損的聯(lián)合作用。
　　（二）改善運行條件并采用適當(dāng)?shù)倪\行措施
　　水輪機的空化和空蝕與水輪機的運行條件有著密切的關(guān)系，而人們在翼型設(shè)計時，只能保證在設(shè)計工況附近不發(fā)生嚴重空化，在這種情況下，一般而言，不會發(fā)生嚴重的空蝕現(xiàn)象。但在偏離設(shè)計工況較多時，翼型的繞流條件、轉(zhuǎn)輪的出流條件等將發(fā)生較大的改變，并在不同程度上加劇翼型空化和空腔空化。因此，合理擬定水電廠的運行方式，要盡量保持機組在最優(yōu)工況區(qū)運行，以避免發(fā)生空化和空蝕。對于空化嚴重的運行工況區(qū)域應(yīng)盡量避開，以保證水輪機的穩(wěn)定運行。
　　在非設(shè)計工況下運行時，可采用在轉(zhuǎn)輪下部補氣的方法，對破壞空腔空化空蝕，減輕空化空蝕振動有一定作用。目前中小型機組常采用自然補氣和強制補氣兩種方法。
　　結(jié)語
　　水輪機的振動是電氣、機械、流體等多種原因引起的。往往幾種振源同時存在，因此我們務(wù)必要進行綜合分析比較,分辨引起振動的主要因素,最大限度的減少振動，提高水輪發(fā)電機組的穩(wěn)定性。
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