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【摘要】随着社会的进步，居民的用电量日益升高，同时也对用电质量提出了更高的要求，这就刺激了电力行业的飞速发展，但同时也暴露了较多的问题，其中最为常见的就是水电站机组振动问题。这一问题不仅影响着设备正常使用，甚至还会对使用人员的生命安全造成严重威胁。本文的研究内容即为水电站机组振动的原因及解决措施。
【关键词】水电站;机组振动;原因;解决措施
水轮发电机在工作中如果发生振动，不仅会导致某些部件发生弹性形变或塑料形变出现裂纹、断裂，还会导致部件之间的连接松动，导致部件的使用寿命更短。严重时甚至还会对整个水电站机组的安全运行造成严重威胁。但这一问题在实际使用期间难以避免，所以需要采取有效的措施进行改善。
分析水轮机组的结构可以发现，组成部分主要是旋转和固定两部分，水轮发电机在运行期间，其中某部分发生异常，就会导致出现机组振动。比较常见的振动是旋转部分的振动。对振动问题采取有效措施进行控制后，可以使机组的运行具备更高的稳定性和可靠性[1]。
1、水利因素造成水电站机组振动的原因
1.1水力不平衡
水流同时具有动能和势能，在蜗壳的作用下形成环流，经均匀分布固定导叶、活动导叶片到转轮上，将其激活进行旋转。当导水叶叶片和流量通道受各种因素的影响出现较大的形状差异时，水流作用到转轮后，因为成对称失衡，出现不平衡横向力，转轮从而发生振动，当运行处于无负载和低负荷状态时，振动尤为强烈。
1.2尾管的低频率水压脉冲
在非设计工况条件下，水轮机运行时在出口处转轮受到脱流漩涡和旋转水流等因素的影响，尾水管内引发水压脉动并出现大型涡带，并以固定频率在管内转动，引起低频压力脉动。水流流经管道后，压力脉动会导致转子，蜗壳，压力管等发生剧烈的振动[2]。
1.3空腔汽蚀
水流通过水轮机时，受到流速，流向的影响，流道发生改变，增加流速后水流中出现气泡，气泡一旦进入高压区并溃灭，出现的情况即为空腔汽蚀。这一情况会对机组的推力轴承和顶盖造成剧烈的垂直振动。比横向振动的危害更高。
1.4卡门涡列
恒流通过物体后，出口两侧边缘出现规则排列，方向相反的旋涡，相互之间吸引、干扰，形成非线性涡列，即为卡门涡列。当其冲击频率接近旋转物体叶片固有频率时，出现共振后导致机组振动[3]。
2、机械因素造成水电站机组振动的原因
2.1转子质量不平衡
转子质量不平衡时，会在中心产生轴心偏心距，当轴以角速度进行旋转后，因为出现离心惯性力，失衡后轴上弓状回旋，从而产生振动。当转速发生变化后，振幅也随之变化。
2.2机组轴线不正
在机组转动过程中，旋转中心、机组中心和轴线重合为最佳状态。轴线不正时，在轴承中心轴向力会产生偏心力矩，随着转子的转动，偏心力矩也发生旋转，当转速和脉动频率一致后，出现轴向振动。
2.3轴承的缺陷
导轴承瓦发生松动后，旋转体中心发生位移，间隙过大或润滑不畅等因素会导致出现干摩擦，机组出现水平振动。
3、振动问题的处理措施分析
3.1水力因素处理对策
（1）针对汽蚀和涡流因素，可以通过补气措施进行改善，或者在尾水管入口处安装导流瓦和导流翼板。（2）针对涡流因素，可以对固有叶片的频率或涡列的频率进行改变，通过对出水边叶片进行改型或削薄，使其构成交变旋涡，避免共振。（3）针对导轴承瓦间隙不当因素，可以定期对其进行调整，人工恢复均匀分布。
3.2加强轴承的维护
（1）对水轮发电机机组轴线是否对正进行定期的检查，调整主轴中心线到机组中心线上，进行检查时，如轴线和机组中心线出现较大的偏差，就会影响机组的安全稳定运行，所以技术人员需要做好维修检查工作。（2）维修人员在对推力瓦受力进行调整时，需要保证转轮处于转轮室中心位置，推力瓦受力均匀，使发电机组具备更高的稳定性。（3）维修人员在对轴承间隙进行调整时，重点关注电机轴，集电环等，确认无异常，同时需要注意按时检测轴承，一旦发现异常情况，需要及时进行有效的处理，以免上述因素导致机组出现振动，发电机组正常运行受阻[4]。
3.3注意对过流部件的维修
以冲击式机组为例，当发电机机组在工作期间，通过压力管喷嘴，水流射流使转轮旋转，此时需要维护人员重点检查喷针开度和出水流量等情况，以免因为射水线偏移转轮导致轴对称失衡变为横向力，转轮被引发振动。维护人员还需要重点检查喷针，喷嘴等，以免因为射水线偏移引发巨大的轴向串动。此外，还需要控制通过水轮机的水流的间隙射流，维修人员做好检查工作，及时发现问题并进行有效处理，以免后续造成严重损害。此外，维修人员还需加强自身综合知识水平和技术水平，使自己成为一个高素质的专业维修人员，可以正确发现并能处理各种问题，以免因为设备问题造成水电站经济损失[5]。
4、电磁因素导致的振动及解决对策
4.1转子绕组短路
当磁极短路后，磁动势降低，引发转子横向不平衡磁拉力，转子发生剧烈振动，振幅的大小受到励磁电流的影响，两者成正比。移走励磁电流后，振动也随之消失。
4.2空气间隔不均匀
发电机组在转子摆度不均与或圆度不满足设计或规范要求时，空气间隙不均匀，出現单边不平衡磁拉力，当转子转动后，空气间隙随之发生变化，不平衡的单边磁拉力做圆周周期性运动，从而导致振动的发生。
4.3处理对策
针对上述因素导致的振动，相关组件制造厂需要根据国家规定生产组件，使用单位也需要对每一组件进行定期检查维修，密切监测，保证早期发现问题并进行有效处理。
小结：
综上所述，为了有效降低水电站机组振动情况，需要工作人员加强对各部件的监护及检修工作，及时发现振动发生的原因并采取针对性的措施进行解决，以保证机组能够安全稳定运行。
参考文献：
[1]侯俊龙，艾斐，杨明扬.某水电站发电机定转子挡风板结构优化研究及应用[J].水电站机电技术，2020，43（4）：47-49.
[2]江旭，朱劭辰，李红.芭蕉河水电站4号机组上机架振动大处理[J].水电与新能源，2019，33（4）：61-65.
[3]毕润松.亭子口电站机组运行中振动的分析[J].水电站机电技术，2016，39（11）：46-47，76.
[4]李东.龚嘴水电站3号机组改造后稳定性综合分析[J].水电与新能源，2018，32（9）：48-52.
[5]张超，齐广平.白水江横丹水电站灯泡贯流式水轮机组运行振动成因分析与消减[J].农业科技与信息，2015，（24）：118-119.
【关键词】水电站;机组振动;原因;解决措施
水轮发电机在工作中如果发生振动，不仅会导致某些部件发生弹性形变或塑料形变出现裂纹、断裂，还会导致部件之间的连接松动，导致部件的使用寿命更短。严重时甚至还会对整个水电站机组的安全运行造成严重威胁。但这一问题在实际使用期间难以避免，所以需要采取有效的措施进行改善。
分析水轮机组的结构可以发现，组成部分主要是旋转和固定两部分，水轮发电机在运行期间，其中某部分发生异常，就会导致出现机组振动。比较常见的振动是旋转部分的振动。对振动问题采取有效措施进行控制后，可以使机组的运行具备更高的稳定性和可靠性[1]。
1、水利因素造成水电站机组振动的原因
1.1水力不平衡
水流同时具有动能和势能，在蜗壳的作用下形成环流，经均匀分布固定导叶、活动导叶片到转轮上，将其激活进行旋转。当导水叶叶片和流量通道受各种因素的影响出现较大的形状差异时，水流作用到转轮后，因为成对称失衡，出现不平衡横向力，转轮从而发生振动，当运行处于无负载和低负荷状态时，振动尤为强烈。
1.2尾管的低频率水压脉冲
在非设计工况条件下，水轮机运行时在出口处转轮受到脱流漩涡和旋转水流等因素的影响，尾水管内引发水压脉动并出现大型涡带，并以固定频率在管内转动，引起低频压力脉动。水流流经管道后，压力脉动会导致转子，蜗壳，压力管等发生剧烈的振动[2]。
1.3空腔汽蚀
水流通过水轮机时，受到流速，流向的影响，流道发生改变，增加流速后水流中出现气泡，气泡一旦进入高压区并溃灭，出现的情况即为空腔汽蚀。这一情况会对机组的推力轴承和顶盖造成剧烈的垂直振动。比横向振动的危害更高。
1.4卡门涡列
恒流通过物体后，出口两侧边缘出现规则排列，方向相反的旋涡，相互之间吸引、干扰，形成非线性涡列，即为卡门涡列。当其冲击频率接近旋转物体叶片固有频率时，出现共振后导致机组振动[3]。
2、机械因素造成水电站机组振动的原因
2.1转子质量不平衡
转子质量不平衡时，会在中心产生轴心偏心距，当轴以角速度进行旋转后，因为出现离心惯性力，失衡后轴上弓状回旋，从而产生振动。当转速发生变化后，振幅也随之变化。
2.2机组轴线不正
在机组转动过程中，旋转中心、机组中心和轴线重合为最佳状态。轴线不正时，在轴承中心轴向力会产生偏心力矩，随着转子的转动，偏心力矩也发生旋转，当转速和脉动频率一致后，出现轴向振动。
2.3轴承的缺陷
导轴承瓦发生松动后，旋转体中心发生位移，间隙过大或润滑不畅等因素会导致出现干摩擦，机组出现水平振动。
3、振动问题的处理措施分析
3.1水力因素处理对策
（1）针对汽蚀和涡流因素，可以通过补气措施进行改善，或者在尾水管入口处安装导流瓦和导流翼板。（2）针对涡流因素，可以对固有叶片的频率或涡列的频率进行改变，通过对出水边叶片进行改型或削薄，使其构成交变旋涡，避免共振。（3）针对导轴承瓦间隙不当因素，可以定期对其进行调整，人工恢复均匀分布。
3.2加强轴承的维护
（1）对水轮发电机机组轴线是否对正进行定期的检查，调整主轴中心线到机组中心线上，进行检查时，如轴线和机组中心线出现较大的偏差，就会影响机组的安全稳定运行，所以技术人员需要做好维修检查工作。（2）维修人员在对推力瓦受力进行调整时，需要保证转轮处于转轮室中心位置，推力瓦受力均匀，使发电机组具备更高的稳定性。（3）维修人员在对轴承间隙进行调整时，重点关注电机轴，集电环等，确认无异常，同时需要注意按时检测轴承，一旦发现异常情况，需要及时进行有效的处理，以免上述因素导致机组出现振动，发电机组正常运行受阻[4]。
3.3注意对过流部件的维修
以冲击式机组为例，当发电机机组在工作期间，通过压力管喷嘴，水流射流使转轮旋转，此时需要维护人员重点检查喷针开度和出水流量等情况，以免因为射水线偏移转轮导致轴对称失衡变为横向力，转轮被引发振动。维护人员还需要重点检查喷针，喷嘴等，以免因为射水线偏移引发巨大的轴向串动。此外，还需要控制通过水轮机的水流的间隙射流，维修人员做好检查工作，及时发现问题并进行有效处理，以免后续造成严重损害。此外，维修人员还需加强自身综合知识水平和技术水平，使自己成为一个高素质的专业维修人员，可以正确发现并能处理各种问题，以免因为设备问题造成水电站经济损失[5]。
4、电磁因素导致的振动及解决对策
4.1转子绕组短路
当磁极短路后，磁动势降低，引发转子横向不平衡磁拉力，转子发生剧烈振动，振幅的大小受到励磁电流的影响，两者成正比。移走励磁电流后，振动也随之消失。
4.2空气间隔不均匀
发电机组在转子摆度不均与或圆度不满足设计或规范要求时，空气间隙不均匀，出現单边不平衡磁拉力，当转子转动后，空气间隙随之发生变化，不平衡的单边磁拉力做圆周周期性运动，从而导致振动的发生。
4.3处理对策
针对上述因素导致的振动，相关组件制造厂需要根据国家规定生产组件，使用单位也需要对每一组件进行定期检查维修，密切监测，保证早期发现问题并进行有效处理。
小结：
综上所述，为了有效降低水电站机组振动情况，需要工作人员加强对各部件的监护及检修工作，及时发现振动发生的原因并采取针对性的措施进行解决，以保证机组能够安全稳定运行。
参考文献：
[1]侯俊龙，艾斐，杨明扬.某水电站发电机定转子挡风板结构优化研究及应用[J].水电站机电技术，2020，43（4）：47-49.
[2]江旭，朱劭辰，李红.芭蕉河水电站4号机组上机架振动大处理[J].水电与新能源，2019，33（4）：61-65.
[3]毕润松.亭子口电站机组运行中振动的分析[J].水电站机电技术，2016，39（11）：46-47，76.
[4]李东.龚嘴水电站3号机组改造后稳定性综合分析[J].水电与新能源，2018，32（9）：48-52.
[5]张超，齐广平.白水江横丹水电站灯泡贯流式水轮机组运行振动成因分析与消减[J].农业科技与信息，2015，（24）：118-119.