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摘要：作为水电站系统的重要设备，水轮发电机组的正常运行对于保证水电站工作质量和运行效益具有重要作用。本文首先对水轮发电机组振动危害进行分析，然后具体探讨了水轮发电机组振动原因及对策，以期为相关技术与维护人员提供参考。
关键词：水力发电机组；振动原因；对策
水轮发电机组振动是水电站运行中的常见故障问题，其将会对机组的使用寿命产生非常不利的影响。过大的振动问题会造成机组焊缝开裂，零部件疲劳断裂蹦出，进而干扰机组运行的安全性和可靠性。然而机组振动又无法避免，只能通过有效技术措施使其尽可能减小，保证其振动值控制在合理范围内，从而保障水轮发电机组安全运行。因此，加强有关水轮发电机组振动原因及对策分析，对于改善机组振动故障处理水平具有重要的现实意义。
一、水轮发电机组振动危害分析
水轮发电机组振动引发的危害问题主要包括：
（1）水轮机组与厂房间的共振，可能造成厂房与设备整体性损坏或瘫痪；
（2）加剧机组转动部分的相互磨损程度，如大轴过大的摆动会使轴瓦与轴温度快速上升，当温度超出一定范围时会造成轴瓦烧毁；发电机转子振动过于剧烈时会增大滑环电刷的磨损程度，进而扩大电刷火花；
（3）造成机组零部件同焊缝间疲劳破坏区的产生及扩大，进而在焊缝间形成裂纹，严重时在造成断裂损坏及报废；
（4）尾水管内产生的涡流脉动压力会使尾水管壁形成裂缝，甚至可能破坏整套尾水设备；[1]
（5）造成机组部分紧固零件松动，一方面可能引发紧固件本身的断裂，另一方面则会导致其他连接部分的振动，进而加剧其他零部件的损坏。
二、水轮发电机组振动原因及对策研究
1、机械振动
振动的机械原因是指振动的影响作用来源于机械部分的摩擦力、惯性力及其他力，特点为振动频率与机组转动频率相同或是机组转动频率的整数倍。引发振动的机械原因可能有：
（1）轴线偏差：对于旋转机械，其工作的最佳状态为旋转中心、机组中心与轴线相互重合。机组轴线偏差的基本表现为轴线不垂直于推力头底平面和轴线在法兰结合面位置发生曲折，因轴线曲折和倾斜，造成机组转子的总轴向力在轴承中心位置形成偏心力矩。机组轴线偏差会引发两类形式的振动问题，一是在动水压力作用下，推力轴承部分出现摆振；二是弓状回旋，因转轮、转子等集合中心与旋转中心发生偏离，工作中会形成纵向和横向振动，对导轴承、推力轴承等形成威胁；根据运行工作分析，此类振动问题通常出现在运行时间较长、导轴承间隙过大且未进行有效修复的水轮发电机组中。
所以在检修及安装过程中應注意找正轴线，并将导轴承的间隙控制在合理运行范围内。对于刚投入运行的机组通常不会发生因轴线偏差造成的过分振动，但工作超过一定时间后，因卡环发生非均匀压缩、镜板与推力头间护垫变形受损、轴与推力头结合不紧密等因素影响可能会造成机组轴线发生偏离。
（2）转子质量不均匀。因转子质量不均匀，转子的轴心与重心间会形成偏心距，在主轴旋转过程中，因失衡质量离心惯性力的影响，主轴会出现变形弯曲，轴变形量越高，则振动幅度也会越大。[2]
在转子加工制造过程中，应加强转子动平衡及静平衡实验，尽可能消除转子的质量不均匀问题。
（3）导轴承缺陷：在导轴承刚性较低、运行不稳、松动或润滑不良时，会出现摩擦而引发反向弓状回旋，也就是横向振动力。当导轴承间隙较大时，转轴的振动便会加大；当导轴承间隙不足时，则又会将转轴的振动传递到基础和支座上。只有导轴承间隙合理，才能确保转轴与制作间的振动控制在运行要求范围内。
对于机械因素造成的振动问题，采取的主要处理措施为：利用动平衡对导轴承间隙和轴线进行调整，以保证较高的相对密度及同心度。如某水电站内水轮发电机组，因动平衡试验处理不当造成转子摆动过高的问题，其利用转子配重手段进行缺陷处理，获得了良好的应用效果。
2、水力振动
造成振动的水利因素有：（1）卡门涡列，当恒定流束绕过障碍物时会在出口侧出现漩涡，形成规则交错排列、旋转方向相反的线涡，从而互相吸引和干扰，造成非线性涡列；当卡门涡列的冲击频率不断靠近转动体叶片的固定频率时会形成共振，并伴随频率单一且强烈的噪声；
（2）尾水管低频水压脉动，当水轮机在不稳定工况下运行时，因转轮出口脱离漩涡及旋转水流的影响，使得尾水管内会出现水压脉动，特别是在尾水管内发生大涡带后，涡带会按照固定频率在管内转动，进而引发水流低频压力脉动。压力脉动经常会造成倒水机构、尾水管壁、压力管道、转轮及蜗壳等的振动；
（3）水力不均，在水流经过蜗壳时在动能和位能作用下水流会形成环流，经分布均匀的导叶推动转动，激发转轮旋转；因安装及加工误差影响，当流道形状与尺寸相差过大时，水流会丧失轴对称而形成一个不平衡横向拉力，造成转轮振动，特别在低负荷或空载工作时振动更为严重；[3]
（4）空腔汽蚀，在水流经过水轮机时，其流速与流向会伴随流道发生变化，在脱硫部位压力下降至汽化压力时水流中会形成汽泡，当汽泡侵入到高压区溃灭时便发生汽蚀。空腔汽蚀会引起机组顶盖及推力轴承发生强烈的垂直振动。
采取的处理措施有：①对于止漏间隙引起的振动，可依据规定要求进行间隙调整以降低振动，根据相关实践结构，当适量加大外止漏环间隙时，可有效减弱转轮偏心运动对转轮背压止漏环间隙压力的影响，由此减小振动；②对卡门涡列造成的振动，可通过调整叶片固有频率和卡门涡列频率的方式，或对叶片出水边进行改型，以减弱正反两次没按形成的交变漩涡，防止共振；③对于尾水管涡带和汽蚀造成的机组振动，可使用补气方式进行消除或减弱振动，后在尾水管入口位置安装导流翼板和导流瓦，以降低涡带引发的振动。
结束语：
机组振动故障的处理质量将直接影响着水轮发电机组运行的安全性和可靠性，因此，相关技术与维护人员应加强有关水轮发电机组振动原因及对策研究，总结水轮机组振动发生规律及重要部位振动处理措施，以逐步改善水轮机组振动故障处理水平，提高水轮机组运行质量。
参考文献：
[1]陈波.水轮发电机组强烈振动的抢修[J].水利电力机械.2012，05（35）：57-58
[2]周刚.立式水轮发电机组上机架振动过大原因分析及处理[J].广西电力. 2013，06（10）：61-62
[3]寇珍术.金沙峡水电站2～#水轮发电机组振动原因分析[J].甘肃科技. 2012，13（14）：74-75
关键词：水力发电机组；振动原因；对策
水轮发电机组振动是水电站运行中的常见故障问题，其将会对机组的使用寿命产生非常不利的影响。过大的振动问题会造成机组焊缝开裂，零部件疲劳断裂蹦出，进而干扰机组运行的安全性和可靠性。然而机组振动又无法避免，只能通过有效技术措施使其尽可能减小，保证其振动值控制在合理范围内，从而保障水轮发电机组安全运行。因此，加强有关水轮发电机组振动原因及对策分析，对于改善机组振动故障处理水平具有重要的现实意义。
一、水轮发电机组振动危害分析
水轮发电机组振动引发的危害问题主要包括：
（1）水轮机组与厂房间的共振，可能造成厂房与设备整体性损坏或瘫痪；
（2）加剧机组转动部分的相互磨损程度，如大轴过大的摆动会使轴瓦与轴温度快速上升，当温度超出一定范围时会造成轴瓦烧毁；发电机转子振动过于剧烈时会增大滑环电刷的磨损程度，进而扩大电刷火花；
（3）造成机组零部件同焊缝间疲劳破坏区的产生及扩大，进而在焊缝间形成裂纹，严重时在造成断裂损坏及报废；
（4）尾水管内产生的涡流脉动压力会使尾水管壁形成裂缝，甚至可能破坏整套尾水设备；[1]
（5）造成机组部分紧固零件松动，一方面可能引发紧固件本身的断裂，另一方面则会导致其他连接部分的振动，进而加剧其他零部件的损坏。
二、水轮发电机组振动原因及对策研究
1、机械振动
振动的机械原因是指振动的影响作用来源于机械部分的摩擦力、惯性力及其他力，特点为振动频率与机组转动频率相同或是机组转动频率的整数倍。引发振动的机械原因可能有：
（1）轴线偏差：对于旋转机械，其工作的最佳状态为旋转中心、机组中心与轴线相互重合。机组轴线偏差的基本表现为轴线不垂直于推力头底平面和轴线在法兰结合面位置发生曲折，因轴线曲折和倾斜，造成机组转子的总轴向力在轴承中心位置形成偏心力矩。机组轴线偏差会引发两类形式的振动问题，一是在动水压力作用下，推力轴承部分出现摆振；二是弓状回旋，因转轮、转子等集合中心与旋转中心发生偏离，工作中会形成纵向和横向振动，对导轴承、推力轴承等形成威胁；根据运行工作分析，此类振动问题通常出现在运行时间较长、导轴承间隙过大且未进行有效修复的水轮发电机组中。
所以在检修及安装过程中應注意找正轴线，并将导轴承的间隙控制在合理运行范围内。对于刚投入运行的机组通常不会发生因轴线偏差造成的过分振动，但工作超过一定时间后，因卡环发生非均匀压缩、镜板与推力头间护垫变形受损、轴与推力头结合不紧密等因素影响可能会造成机组轴线发生偏离。
（2）转子质量不均匀。因转子质量不均匀，转子的轴心与重心间会形成偏心距，在主轴旋转过程中，因失衡质量离心惯性力的影响，主轴会出现变形弯曲，轴变形量越高，则振动幅度也会越大。[2]
在转子加工制造过程中，应加强转子动平衡及静平衡实验，尽可能消除转子的质量不均匀问题。
（3）导轴承缺陷：在导轴承刚性较低、运行不稳、松动或润滑不良时，会出现摩擦而引发反向弓状回旋，也就是横向振动力。当导轴承间隙较大时，转轴的振动便会加大；当导轴承间隙不足时，则又会将转轴的振动传递到基础和支座上。只有导轴承间隙合理，才能确保转轴与制作间的振动控制在运行要求范围内。
对于机械因素造成的振动问题，采取的主要处理措施为：利用动平衡对导轴承间隙和轴线进行调整，以保证较高的相对密度及同心度。如某水电站内水轮发电机组，因动平衡试验处理不当造成转子摆动过高的问题，其利用转子配重手段进行缺陷处理，获得了良好的应用效果。
2、水力振动
造成振动的水利因素有：（1）卡门涡列，当恒定流束绕过障碍物时会在出口侧出现漩涡，形成规则交错排列、旋转方向相反的线涡，从而互相吸引和干扰，造成非线性涡列；当卡门涡列的冲击频率不断靠近转动体叶片的固定频率时会形成共振，并伴随频率单一且强烈的噪声；
（2）尾水管低频水压脉动，当水轮机在不稳定工况下运行时，因转轮出口脱离漩涡及旋转水流的影响，使得尾水管内会出现水压脉动，特别是在尾水管内发生大涡带后，涡带会按照固定频率在管内转动，进而引发水流低频压力脉动。压力脉动经常会造成倒水机构、尾水管壁、压力管道、转轮及蜗壳等的振动；
（3）水力不均，在水流经过蜗壳时在动能和位能作用下水流会形成环流，经分布均匀的导叶推动转动，激发转轮旋转；因安装及加工误差影响，当流道形状与尺寸相差过大时，水流会丧失轴对称而形成一个不平衡横向拉力，造成转轮振动，特别在低负荷或空载工作时振动更为严重；[3]
（4）空腔汽蚀，在水流经过水轮机时，其流速与流向会伴随流道发生变化，在脱硫部位压力下降至汽化压力时水流中会形成汽泡，当汽泡侵入到高压区溃灭时便发生汽蚀。空腔汽蚀会引起机组顶盖及推力轴承发生强烈的垂直振动。
采取的处理措施有：①对于止漏间隙引起的振动，可依据规定要求进行间隙调整以降低振动，根据相关实践结构，当适量加大外止漏环间隙时，可有效减弱转轮偏心运动对转轮背压止漏环间隙压力的影响，由此减小振动；②对卡门涡列造成的振动，可通过调整叶片固有频率和卡门涡列频率的方式，或对叶片出水边进行改型，以减弱正反两次没按形成的交变漩涡，防止共振；③对于尾水管涡带和汽蚀造成的机组振动，可使用补气方式进行消除或减弱振动，后在尾水管入口位置安装导流翼板和导流瓦，以降低涡带引发的振动。
结束语：
机组振动故障的处理质量将直接影响着水轮发电机组运行的安全性和可靠性，因此，相关技术与维护人员应加强有关水轮发电机组振动原因及对策研究，总结水轮机组振动发生规律及重要部位振动处理措施，以逐步改善水轮机组振动故障处理水平，提高水轮机组运行质量。
参考文献：
[1]陈波.水轮发电机组强烈振动的抢修[J].水利电力机械.2012，05（35）：57-58
[2]周刚.立式水轮发电机组上机架振动过大原因分析及处理[J].广西电力. 2013，06（10）：61-62
[3]寇珍术.金沙峡水电站2～#水轮发电机组振动原因分析[J].甘肃科技. 2012，13（14）：74-75