2水輪發(fā)電機(jī)振動(dòng)原因分析
　　　　
　　a(1)水力因素振動(dòng)的水力因素系指振動(dòng)中的干擾力來(lái)自水輪機(jī)水力部分的動(dòng)水壓力。其特征是帶有隨機(jī)性,且當(dāng)機(jī)組處在非設(shè)計(jì)工況或過(guò)渡工況運(yùn)行時(shí),因水流狀況惡化,機(jī)組各部件的振動(dòng)亦明顯增大。由于單位體積水流的能量取決于水頭,所以機(jī)組的振動(dòng)一般是隨水頭的降低而減弱,高水頭、低負(fù)荷時(shí)振動(dòng)相對(duì)而言較為嚴(yán)重。產(chǎn)生振動(dòng)的水力因素主要有:水力不平衡、尾水管低頻水壓脈動(dòng)、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(dòng)能的水流通過(guò)蝸殼的作用形成環(huán)流,再通過(guò)分布均勻的固定和活動(dòng)導(dǎo)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(dǎo)水葉葉片、流道的形狀與尺寸差別較大時(shí),作用于轉(zhuǎn)輪的水流失去軸對(duì)稱時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)不平衡橫向力,引起轉(zhuǎn)輪振動(dòng),在空載或低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)振動(dòng)強(qiáng)烈。
　　(3)尾水管低頻水壓脈動(dòng)水輪機(jī)在非設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行時(shí),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(dòng)。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(dòng),引起水流低頻壓力脈動(dòng)。當(dāng)管內(nèi)水流一經(jīng)發(fā)生,壓力脈動(dòng)就會(huì)激起尾水管壁、轉(zhuǎn)輪、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、蝸殼、壓力管道的振動(dòng)。
　　(4)空腔汽蝕水流通過(guò)水輪機(jī)時(shí),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(shí)水流中產(chǎn)生汽泡,汽泡進(jìn)入高壓區(qū)潰滅時(shí)便會(huì)出現(xiàn)汽蝕。汽蝕發(fā)生時(shí),在汽蝕部位會(huì)發(fā)生特殊的噪聲和撞擊聲。空腔汽蝕是流道中因漩渦帶引起脫流、負(fù)壓而造成的壓力交變產(chǎn)生的振動(dòng)。由空腔汽蝕引起機(jī)組的頂蓋和推力軸承出現(xiàn)劇烈的垂直振動(dòng),它比橫向振動(dòng)的危害更大。
　　(5)卡門渦列恒定流束繞過(guò)物體時(shí),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(cuò)排列的線渦,進(jìn)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(dòng)體葉片的固有頻率時(shí),將產(chǎn)生共振,并拌有較強(qiáng)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(jī)中,葉片和轉(zhuǎn)輪室間隙處由于正背面壓差的存在,會(huì)形成一股射流,其速度很高。由于轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn),對(duì)轉(zhuǎn)輪室某一部位來(lái)說(shuō),交替的出現(xiàn)瞬時(shí)壓力升高和降低,形成周期性的壓力脈動(dòng)。這種壓力脈動(dòng)會(huì)引起轉(zhuǎn)輪室振動(dòng),
　　　　
　　b(1)機(jī)械因素振動(dòng)的機(jī)械因素系指振動(dòng)中的干擾力來(lái)自機(jī)械部分的慣性力、摩擦力及其它力。其特征是振動(dòng)頻率等于機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率或整倍數(shù)的機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)頻率。引起振動(dòng)的機(jī)械因素主要有:轉(zhuǎn)子質(zhì)量不平衡;機(jī)組軸線不正;導(dǎo)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(duì)軸心Ｏ1,產(chǎn)生一個(gè)偏心距ｅ。當(dāng)軸以角速度旋轉(zhuǎn)時(shí),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(yùn)動(dòng),回轉(zhuǎn)半徑Ｙ就是振幅,這種振動(dòng)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(jī)組軸線不正在旋轉(zhuǎn)機(jī)械中最理想的是機(jī)組中心、旋轉(zhuǎn)中心及軸線三者重合,最不理想的是機(jī)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(jī)組中心重合,機(jī)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(jī)組轉(zhuǎn)子的總軸向力Ｐａ不通過(guò)推力軸承中心,就產(chǎn)生一個(gè)偏心力矩。隨著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn),偏心力矩也同時(shí)旋轉(zhuǎn),使各支柱螺栓的受力是脈動(dòng)力,其脈動(dòng)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(dòng),轉(zhuǎn)子也就隨之產(chǎn)生振擺。軸線不正,也是引起徑向振動(dòng)的原因之上。
　　b(4)軸承缺陷當(dāng)導(dǎo)軸松動(dòng),或間隙過(guò)大潤(rùn)滑又不良,或軸承與固定止漏環(huán)不同心等都會(huì)發(fā)生干摩擦,引起機(jī)組的橫向振動(dòng)。
　　　　
　　c(1)電磁因素振動(dòng)的電磁因素系指振動(dòng)中的干擾力來(lái)自發(fā)電機(jī)電氣部分的電磁力。其特征是振動(dòng)隨勵(lì)磁電流的增大而增大。引起電磁振動(dòng)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(dāng)一個(gè)磁極因短路而引起磁動(dòng)勢(shì)減小時(shí),和它相對(duì)應(yīng)的那個(gè)磁極的磁動(dòng)勢(shì)并沒(méi)有變,因而出現(xiàn)一個(gè)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(dòng)。這種振動(dòng)的大小取決于失去作用的線圈匝數(shù)。其振動(dòng)的振幅與勵(lì)磁電流有關(guān),用公式表示為Ｙ=ｆ(Ａ),勵(lì)磁電流Ａ增加,振幅Ｙ增大。當(dāng)去掉勵(lì)磁,振動(dòng)立即消失。所以很容易把這種振動(dòng)和其它原因產(chǎn)生的振動(dòng)區(qū)分開(kāi)來(lái)。
　　c(3)空氣間隙不均勻當(dāng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子不圓或有擺度時(shí),空氣間隙就會(huì)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(dòng),引起機(jī)組振動(dòng)。