周广涛
（国网黑龙江省电力有限公司牡丹江水力发电总厂）

　　【摘　要】水电站运行中，水轮发电机是其主力核心，属必不可少的核心装备。水轮发电机工作运行的稳定性决定着水电站的发电效率，因此有必要对水轮发电机的运行特点作详细论述。本文从水电站水轮发电机的运行特性入手，对发电机轴系径向振动进行研究，同时在此基础上探讨了提高水轮发电机组性能，改善水电站运行情况的方法，以供同行参考。

　　【关键词】水电发电机；轴系；径向振动；特性；影响因素
　　水电发电机组运行中，能够影响其性能及振动的因素主要有三个，一是机械影，二是水力影响，三是电磁影响。伴随着水电发电机组构造的日趋复杂，体积日趋大型，机组的运行和振动现象越来越难以捉摸，稍不留神就会出现机组振动异常，发电机运行困难问题，因此必须对水电发电机振动和运行情况作详细探讨，找出影响机组振动的原因，采取有针对性的措施解决实际性难题。下面对水电发电机组是轴系振动特性作简要论述。
　　一、水电发电机组轴系径向振动及其特性分析
　　水轮发电机组轴振动分为两种情况，一种是系统自振，一种是径向振动。本文重点论述后者的径向振动特性。
　　1、水电发电机组轴系径向振动的涵义
　　首先，水电站所配置的水轮发电机属于旋转机械，从早期诞生到现在，该机械的性能已经随着科技进步得到了跨越性的提升。为了满足更大范围、更多容量的供电需求，水电发电机转速及转子的安全性能都被相应提高，以便能支撑起更加庞大的机械运作工程。从时代发展上来说，水电发电机性能的提高是好事，但从技术角度来看，由于我国现阶段的技术还尚未成熟，所以水电发电机性能和单机容量提升以后，面临的难题比以前更多、更大，尤其是在机组振动上。机组轴系径向振动属机组振动情况中的一种，它的存在会直接影响到机组的运行环境和运行效率，情况严重时还有可能引发安全事故，所以必须采取措施对其制止。
　　2、引起水电发电机振动的原因
　　从水电发电机的工作性质上推断，工作环境中致使发电机组产生振动的情况只有三种，即机械、水力、电气。对这三种情况作深入探析，可得出以下结论：1）机械振动是大多数机械设备运行时都会产生的，产生原因是因为机械出现故障，或者机械质量不佳而导致机械不平衡，进而产生径向振动；2）水力原因引起的振动比较复杂，可以细分为多个方面，如发电机组尾水管产生低频压力脉动、尾水管产生水力不平衡力，以及特殊情况下设备发生汽化汽蚀、间隙射流等，任意一种原因都有可能引发水力发电机组振动，给机组运行造成危害；3）电气方面主要受到电磁作用的影响，机组在运行过程中因受到电磁力作用，被不平衡力拉力影响，以致机组产生振动。
　　二、不同因素对水电发电机轴系径向振动的影响
　　1、不平衡磁拉力对径向振动的影响
　　水电发电机运行中，由于设备内部存在磁力线，且磁力线能够任意缩短伸长自己的长度，所以当机组内部转子气隙通过磁力线时，转子和定子之间会及时产生一个拉力，通常我们把这个拉力叫做磁拉力。正常情况下，磁拉力发电机组的运行不会有影响，如果机组正常运行，机组内部磁场便处于分布均匀状态，机组内定转子所受的磁拉力为零，对机组运行五影响；但如果机组发生运行故障，或在运行中因某些因素影响而导致转子气隙与磁场合分布不均匀，转子励磁组便很有可能发生故障，进而导致磁场中部分磁路失磁，形成不平衡的磁拉力，对机组运行产生影响。不平衡磁拉力不仅会导致发电机组产生振动，发出噪音，还有可能会损坏轴承，破坏发电机组的质量和性能。
　　2、质量不平衡的对机组径向振动的影响
　　质量不平衡属机械故障，由机械原因引起。对于水电发电机组来说，如果机组设备制造力度不足、精度不够；机械转轮在长期运行中出现严重磨损；转子偏心导致转子系统不对称等等，就极有可能导致机组在运行中出现噪音，发生振动，严重时甚至会损坏机械设备，缩短水电发电机组的使用寿命。
　　3、水力不平衡的产生及其影晌
　　水力因素是引起机组振动的三大振源之一，作为工作介质的水，由于其流动的特殊性，使得机组的振动情况非常复杂难以具体判断和分析。水力因素又分为：尾水管低频水压脉动、水力不平衡、卡门涡列、间隙射流等。尾水管涡带是引起机组振动的重要原因，是尾水管中出现的一种不稳定的流动现象，在本文中并不对其作过多分析。
　　4、机械、电磁耦合的产生及其影响
　　机组的振动有时并不是单一因素引起的，有时是由某两种或几种因素相互影响产生的。由于结构设计的缺陷、制造精度不够或者安装不当等原因，均会造成发电机转子的质量不均匀，导致转子的质量不平衡；与此同时可能会引起机组轴系的不平衡相应的产生，这种情况通常会使发水轮电机定、转子间的磁场的对称性收到破坏，进而产生不平衡磁拉力或加剧，此情况下水轮发电机组轴系径向的振动幅值也随之增大。
　　5、水力、机械耦合的产生及其影响
　　机组正常运行时，机组转轮叶片、固定导叶等部件可能在各种外力影响下会产生振动，如不平衡水力或者其他振源产生的激力；当这种情况发生频率比较高或者持续时间比较长时，可能会造成机组各部件因疲劳而产生破坏或撕裂。各外力都会产生固定的频率，当此频率接近水轮发电机组本身的固有频率时会产生非常强烈的振动，及共振。当共振发生时，机组结构和材料常因疲劳而产生破坏，特别是转轮叶片，常常会因为振动及空蚀破坏等原因产生破损甚至缺角、断裂。
　　6、水力、电磁耦合的产生及其影响
　　混流式水轮机由于过流部件制造偏差或者长期运行产生的磨损等原因，而引起的作用在转轮上的水力不平衡力，使水轮机导轴承处的转轴摆度不稳定，甚至使水轮机轴系及发电机轴摆度也不稳定；与此同时可能会引起机组轴系的不平衡相应的产生，这种情况通常会使发水轮电机定、转子间的磁场的对称性收到破坏，进而产生不平衡磁拉力或加剧。
　　三、结束语
　　水电发电机是水电站的核心设备，在水电站发电运行中占据着重要位置。本文着重对水电发电机运行的受限因素作了探析，论述了引起水电发电机轴系径向振动的因素，指出水利、机械、电气等三类因素都有可能造成机组产生径向振动，必须在实际工作中加以及时的处理和管制，以免损坏发电机机组性能，缩短其使用寿命。

来源：《科技与企业》2014年6期