水力發(fā)電機組運行中振動產(chǎn)生原因分析
水力發(fā)電機組是大型工業(yè)機組，其自身功率很大，結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，所需要的技術(shù)含量也比較高，在現(xiàn)有科學(xué)技術(shù)的支撐下，其自身也有很多不可避免的問題，振動就是其不可避免的問題。水力發(fā)電機組產(chǎn)生振動的原因很多，危險程度也不一樣，只要是在出廠設(shè)計范圍之內(nèi)的振動，基本都算“無害”振動，超出這個范圍就算是“有害”振動，本文研究的就是“有害”振動產(chǎn)生的原因。
關(guān)鍵詞：水力發(fā)電機；振動；電磁；危險；原因
一、水力發(fā)電機組振動的危害體現(xiàn)
水力發(fā)電機，因其自身的特點以及工作環(huán)境的限制，產(chǎn)生振動是不可避免的，振動如果實在發(fā)電機設(shè)計范圍之內(nèi)，則造成的危害不大，也是發(fā)電機正常一定會出現(xiàn)的現(xiàn)象，但是如果振動超過發(fā)電機出廠設(shè)計范圍，則所帶來的危險是比較大的，如果不進行治理，發(fā)電機很可能失去使用價值或者存在的必要，先就其危害的體現(xiàn)作如下幾個分析：
1、會使發(fā)電機的各連接部分發(fā)生不必要的松動，并使轉(zhuǎn)動部分與相對靜止部分發(fā)生不必要的摩擦，甚至出現(xiàn)甚至掃膛而損壞。
2、會使零部件或者或焊縫機能減弱、形成并擴大裂縫甚至斷裂。[本文轉(zhuǎn)自：lunwen.1kejian.com]
3、尾水管低頻壓力脈動可使尾水管壁產(chǎn)生裂縫。
二、機械振動
由于機組機械部分的慣性力、摩擦力及其他力的干擾造成的振動叫做機械振動。當(dāng)其頻率與發(fā)電機或電力系統(tǒng)的自振頻率接近時,將發(fā)生共振,引起機組出力大幅度波動,可能會造成機組從電力系統(tǒng)中解列,下面介紹下機械振動的原因具體分析如下：
引起機械振動的因素有：轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡、機組軸線不正、導(dǎo)軸承缺陷等特子質(zhì)量不平衡。由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡，轉(zhuǎn)子重心與軸心產(chǎn)生一個偏心距。當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時，由于失衡質(zhì)量離心慣性力的作用，主軸將產(chǎn)生彎曲變形。軸變形越大，振動也越嚴(yán)重。在制造時，要進行轉(zhuǎn)于的靜平衡、動平衡試驗，使不平衡重量盡可能小，從根本上消除這種振動的原因。軸線不正：機組軸線不正會引起兩種形式的振動，弓狀回旋。
三、水輪發(fā)電機振動原因分析
1、水力因素
振動的水力因素系指振動中的干擾力來自水輪機水力部分的動水壓力。其特征是帶有隨機性,且當(dāng)機組處在非設(shè)計工況或過渡工況運行時,因水流狀況惡化,機組各部件的振動亦明顯增大。由于單位體積水流的能量取決于水頭,所以機組的振動一般是隨水頭的降低而減弱,高水頭、低負(fù)荷時振動相對而言較為嚴(yán)重。產(chǎn)生振動的水力因素主要有: 卡門渦列、尾水管低頻水壓脈動、水力不平衡等。
（1）卡門渦列。
恒定流束繞過物體時,在出口邊的兩側(cè)出現(xiàn)漩渦,形成旋轉(zhuǎn)方向相反、有規(guī)則交錯排列的線渦,進而互相干擾、互相吸引,形成非線型的渦列、俗稱卡門渦列當(dāng)卡門渦列的沖擊頻率接近于轉(zhuǎn)動體葉片的固有頻率時,將產(chǎn)生共振,并拌有較強的且頻率比較單一的噪聲和金屬共鳴聲。
（2）尾水管低頻水壓脈動
水輪機在非設(shè)計工況下運行時,由于轉(zhuǎn)輪出口處的旋轉(zhuǎn)水流及脫流旋渦和汽蝕等影響,在尾水管內(nèi)常引起水壓脈動.尤其是在尾水管內(nèi)出現(xiàn)大渦帶后,渦帶以近于固定的頻率在管內(nèi)轉(zhuǎn)動,引起水流低頻壓力脈動。當(dāng)管內(nèi)水流一經(jīng)發(fā)生,壓力脈動就會激起尾水管壁、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機構(gòu)、蝸殼、壓力管道的振動.
?。?）水力不平衡
水力不平衡是水力因素中最顯著的一點，也是最突出的一點。水是液態(tài)的，其所產(chǎn)生的力也是變化不定的，其對水利發(fā)電機所造成的力就會不平衡，尤其對于發(fā)電機中的轉(zhuǎn)輪來說。水的力大多與其自身的流速有關(guān)，但是水的流速不是很穩(wěn)定的，不同的季節(jié)，不同的時段，其流速也是會有所不同的，因此其產(chǎn)生的力就相對于發(fā)電機組來說就不會太穩(wěn)定，從而造成發(fā)電機組的轉(zhuǎn)輪等的振動。
2、電磁振動因素
電磁振動是因為其磁力被外界干擾而造成的一種振動。其是發(fā)電機組產(chǎn)生振動的原因之一。造成電磁振動的因素重要有兩種，如下所述：
（1）發(fā)電機突然短路
發(fā)電機組的運作需要一定穩(wěn)定性來保證，當(dāng)其突然短路時，就會造成自身一些部件發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電磁振動。發(fā)電機突然短路會使定子繞組的端部受到很大的電磁力的作用。這些力包括定于繞組端部相互間的作用、定子繞組端部與轉(zhuǎn)子繞組端部相互間的作用力以及定于繞組端部與鐵芯之間的作用力。另外，發(fā)電機突然短路還使轉(zhuǎn)子軸受到很大的電磁力矩作用，所受力矩分為兩種：一種是短路電流中使定子、轉(zhuǎn)子繞組產(chǎn)生電阻損耗的有功電流分量所產(chǎn)生的阻力矩，另一種是突然短路過度過程中才出現(xiàn)的沖擊交變力矩。這些電磁力及電磁力矩能使發(fā)電機組受到劇烈的振動，并給發(fā)電機部件帶來危害。
（2）發(fā)電機三相不對稱運行
發(fā)電機運行時，會發(fā)生三相不平衡負(fù)載，引起三相電流不平衡。三相不平衡電流會在三相繞組中產(chǎn)生一個正序旋轉(zhuǎn)磁場和一個負(fù)序旋轉(zhuǎn)磁場。當(dāng)負(fù)序磁場對著水力發(fā)電機轉(zhuǎn)子縱軸附近時，因氣隙小，磁阻小，磁力線就多，轉(zhuǎn)子和定子間的作用力就大。當(dāng)負(fù)序磁場對著轉(zhuǎn)子橫軸附近時，因氣隙大，磁阻大，磁力線就少，轉(zhuǎn)子與定子間的作用力就小。這樣，負(fù)序磁場和轉(zhuǎn)子之間的作用力時大時小，就使力矩變成兩倍于周波數(shù)的頻率而脈動，造成轉(zhuǎn)子及定子機座的振動。
發(fā)電機組產(chǎn)生振動在現(xiàn)有的科學(xué)技術(shù)之下是不可避免的，所以我們要努力尋找產(chǎn)生振動的原因，并在實際生產(chǎn)之中努力的盡可能的使其振動控制在一定的范圍之內(nèi)，最好是在出廠設(shè)計范圍之內(nèi)，這樣才能創(chuàng)造出最大的價值，保證水力發(fā)電站正常運行。發(fā)電機組是水力發(fā)電站重要存在的支撐，必須切實有效的對其振動原因進行分析，并作出相應(yīng)的控制，最大化的創(chuàng)造出相應(yīng)的社會產(chǎn)能，這樣保證我國的社會主義經(jīng)濟建設(shè)。
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