2水輪發(fā)電機振動原因分析
　　　　
　　a(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,且當機組處在非設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、低負荷時振動相對而言較為嚴重。產(chǎn)生振動的水力因素主要有:水力不平衡、尾水管低頻水壓脈動、空腔汽蝕、卡門渦列、間隙射流等。
　　(2)水力不平衡具有位能和動能的水流通過蝸殼的作用形成環(huán)流,再通過分布均勻的固定和活動導葉均勻作用于轉(zhuǎn)輪激發(fā)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)。由于加工和安裝誤差,使導水葉葉片、流道的形狀與尺寸差別較大時,作用于轉(zhuǎn)輪的水流失去軸對稱時就產(chǎn)生一個不平衡橫向力,引起轉(zhuǎn)輪振動,在空載或低負荷運行時振動強烈。
　　(3)尾水管低頻水壓脈動水輪機在非設計工況下運行時,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、導水機構、蝸殼、壓力管道的振動。
　　(4)空腔汽蝕水流通過水輪機時,其流向、流速隨流道改變,在流速增高或脫流部位壓力降低到汽化壓力時水流中產(chǎn)生汽泡,汽泡進入高壓區(qū)潰滅時便會出現(xiàn)汽蝕。汽蝕發(fā)生時,在汽蝕部位會發(fā)生特殊的噪聲和撞擊聲?？涨黄g是流道中因漩渦帶引起脫流、負壓而造成的壓力交變產(chǎn)生的振動。由空腔汽蝕引起機組的頂蓋和推力軸承出現(xiàn)劇烈的垂直振動,它比橫向振動的危害更大。
　　(5)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。
　　(6)間隙射流在軸流式水輪機中,葉片和轉(zhuǎn)輪室間隙處由于正背面壓差的存在,會形成一股射流,其速度很高。由于轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn),對轉(zhuǎn)輪室某一部位來說,交替的出現(xiàn)瞬時壓力升高和降低,形成周期性的壓力脈動。這種壓力脈動會引起轉(zhuǎn)輪室振動,
　　　　
　　b(1)機械因素振動的機械因素系指振動中的干擾力來自機械部分的慣性力、摩擦力及其它力。其特征是振動頻率等于機組的轉(zhuǎn)動頻率或整倍數(shù)的機組轉(zhuǎn)動頻率。引起振動的機械因素主要有:轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡;機組軸線不正;導軸承缺陷等。
　　b(2)轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡由于轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡,轉(zhuǎn)子重心Ｓ對軸心Ｏ1,產(chǎn)生一個偏心距ｅ。當軸以角速度旋轉(zhuǎn)時,由于失衡質(zhì)量離心慣性力的作用,軸將產(chǎn)生弓狀回旋,其中心Ｏ1獲得撓度ｙ,Ｏ1繞Ｏ作圓周軸運動,回轉(zhuǎn)半徑Ｙ就是振幅,這種振動也叫振擺。其特征是:振幅是隨轉(zhuǎn)速度變化而變化的。用公式表示為Ｙ=ｆ(ω),ω升高,Ｙ增大;反之ω下降,Ｙ減小。
　　b(3)機組軸線不正在旋轉(zhuǎn)機械中最理想的是機組中心、旋轉(zhuǎn)中心及軸線三者重合,最不理想的是機組中心、旋轉(zhuǎn)中心與軸線不重合的狀態(tài)。介于二者之間的是旋轉(zhuǎn)中心與機組中心重合,機組軸線不正的主要表現(xiàn)形式是軸線與推力頭底平面不垂直和軸線在法蘭結(jié)合面處曲折,如圖6所示,由于軸線傾斜和曲折,使機組轉(zhuǎn)子的總軸向力Ｐａ不通過推力軸承中心,就產(chǎn)生一個偏心力矩。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),偏心力矩也同時旋轉(zhuǎn),使各支柱螺栓的受力是脈動力,其脈動頻率與轉(zhuǎn)速頻率相同,從而產(chǎn)生推力軸承各支柱螺栓的軸向振動,轉(zhuǎn)子也就隨之產(chǎn)生振擺。軸線不正,也是引起徑向振動的原因之上。
　　b(4)軸承缺陷當導軸松動,或間隙過大潤滑又不良,或軸承與固定止漏環(huán)不同心等都會發(fā)生干摩擦,引起機組的橫向振動。
　　　　
　　c(1)電磁因素振動的電磁因素系指振動中的干擾力來自發(fā)電機電氣部分的電磁力。其特征是振動隨勵磁電流的增大而增大。引起電磁振動的主要因素有轉(zhuǎn)子繞組短路、空氣間隙不均勻等。
　　c(2)轉(zhuǎn)子繞組短路當一個磁極因短路而引起磁動勢減小時,和它相對應的那個磁極的磁動勢并沒有變,因而出現(xiàn)一個跟轉(zhuǎn)子一起旋轉(zhuǎn)的輻向不平衡磁拉力,引起轉(zhuǎn)子振動。這種振動的大小取決于失去作用的線圈匝數(shù)。其振動的振幅與勵磁電流有關,用公式表示為Ｙ=ｆ(Ａ),勵磁電流Ａ增加,振幅Ｙ增大。當去掉勵磁,振動立即消失。所以很容易把這種振動和其它原因產(chǎn)生的振動區(qū)分開來。
　　c(3)空氣間隙不均勻當發(fā)電機轉(zhuǎn)子不圓或有擺度時,空氣間隙就會不均勻,從而產(chǎn)生單邊的不平衡磁拉力,隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而引起空氣間隙周期性變化,單邊不平衡磁拉力沿著圓周作周期性移動,引起機組振動。