灯泡贯流水轮机振动的处理措施

灯泡贯流水轮机振动的处理措施

朱浩天

（九江新华水电开发有限公司江西九江332300）

摘要：贯流式水轮机由于形态分布类似灯泡外形，故而被称之为灯泡贯流水轮机。在实际的水电建设过程中，此种组织模式较为常见。当水轮机进行运行生产的过程中会产生一定的振动，而振动不遵从现象以及处置不当会造成管道泄漏、水轮机运行异常等问题，故而引起社会各界的广泛关注。本文依此为研究对象，探究此种振动的来源、薄弱点以及处置措施。希望通过本文的研究能够为今后的相关施工与升级改造提供必要依据。

关键词：贯流水轮机；灯泡式；振动；处置措施

一、引言

随着环保要求的日益提高及对新型能源利用的政策性扶持，越来越多的水电体系被建设。根据不同的组织方式水轮机大致可以分为反击式与冲击式两种。其中反击式根据水流规划的不同而分为混流式、斜流式以及贯流式等几类，其中贯流式水轮机的组织模式类似传统的白炽灯泡外形，故而又被称之为灯泡贯流水轮机。在实际的生产过程中，水轮机运行往往由于转轮转动、贯流管道等因素而产生振动。此种振动一方面会产生大量的运行噪声，恶化生产区域环境；另一方面振动还会对机组的安全运行造成较大威胁。故而如何解决运行过程中的振动问题成为了关键。本文将以此为核心目的，在分析具体工程振动来源的基础上予以解决，旨在为后续的相关项目运维提供必要帮助。

二、水轮机振动原因分析及其危害

水轮机振动产生的原因是多种多样的，就一般情况而言设备的安装、设备的匹配以及设备的维护与运行中的各个方面不遵从现象均会导致其振动的产生。具体而言造成此种现象的关键因素大致可以分为如下几种：

第一，原水轮机流道与改型转轮不配套，部分设备在更新过程中由于只是更新转轮，导水机构保留使用原设备，导水机构处的过流通道极有可能与转轮处通道不相配，导致导水机构处水流流态较差。对于今后水轮机改造来说，一般应该将导水机构与转轮整体更换较合适，或对于新转轮与旧流道做完全成几何比例的模型试验较稳妥。水轮机转轮改型后的振动直接影响到导水机构的安全运行，水轮机振动传递到导水机构，造成了导水机构处的振动较大，导致了导叶内外轴头漏水，焊接处产生裂纹，各联接螺栓处动应力过大等后果，急需对导水机构采取措施加固处理。而在对水轮机导水机构的连杆、内侧轴、水封封板采取了加固处理措施之后。相关机组的技术方案指标可以得到有效的改善，故而在一定层度上降低了振动的程度。

第二，从其薄弱环节的角度来看待振动的产生。目前水轮机的振动薄弱点主要为3处，一是导叶连杆，二是导叶内侧轴，三是水封封板。从现有的灯泡贯流式水轮机技术出发，提出该3处薄弱点的处理方案。而上述三个薄弱环节均是容易产生振动的关键节点。即使是在设备正常运转过程中上述阶段受到运行共振以及谐波扰动而产生基于自身的震动状态。另一方面在转动的过程中存在的流量与压力异常也会产生较难消除的振动响应。

第三，机械振动。水轮机在运行的过程中势必会产生振动。而在实际的生产过程中对于不同部位也存在一定的振动标准参考值。这也进一步说明设备运行无法完全消除振动，仅能利用相关的有效技术手段来尽可能使之达标，并控制在不会影响周边环境及其生产的范围内。

第四，不良振动。除了正常的生产振动之外，在实际的生产过程中由于设备的机械结构等问题也会存在一定的不遵从现象。此方面原因主要分为如下三个方面：一是主轴在运行的过程中受到使用年限等问题而产生了完全，故而在运转的过程中产生了一定的偏向力。该偏向力会形成一定的空载，并进一步扩大了轴承之间的间隙，使之在小范围内出现了碰撞，除了振动之外还会存在异响；二是转动轮与静止设备之间势必会存在一定的缝隙，在一般运行下该缝隙可以通过油料的应用来进行填补。而在实际的运转过程中，设备的维护存在一定的不遵从现象会进一步扩大缝隙所带来的振动情况。如油料缺失降低了本应存在的润滑与填补效应，或者由于温度的升高使得油料密封作用下降；三是转动部分总量的不平衡。在设备长期运转的过程中由于生产工艺以及运转损耗等问题会形成转动部分重量的不均衡分布。此种不均衡分布一方面容易产生转动中心与中轴发生偏离，另一方面也会形成焊接点或者负载平衡点的变迁。

第五，动力方面。除了上述水轮机自身产生的振动之外，其他附属设备也会形成联动振动。如调速装置的振动会通过动力单元对其进行传导；尾水管水流涡流会形成设备振动；卡门涡列现象所产生的系统颤动等。上述的非设备因素所产生的振动一方面可以通过机械连接部分而传导至水轮机，另一方面也可以通过此种振动所带来的不平衡能量传导而直接影响水轮机的转动部分。

从上述的五个方面中我们不难看出，设备振动是一种运行常态。而如果设备振动超出了正常的振动范畴会产生如下三方面危害：一是振动会消耗大量的设备运行能量，使得其能量转化效率降低，从而影响生产效能；二是振动产生的根本原因是设备内部的元件间相互碰撞，故而会加速设备的磨损，甚至形成设备的损坏；三是设备振动对其附属的相关设备以及连接处造成扰动，容易形成裂缝、渗漏、连接不严等问题，进而导致漏油、漏水等生产事故；四是振动会带来大量的噪声，极大的破坏了运行空间的室内环境质量，甚至对相关的工作人员产生一定的生理健康负担。

三、贯流水轮机振动处置

通过上文的研究，我们对振动产生的原因，可能的危害等问题进行了进一步梳理。为了有效解决这一问题本文认为可以从如下几个方面着手：

第一，轴线不正是形成机组振动的主要原因，也是形成危害最为严重的关键要素。针对此类振动原因我们可以利用两种方式来进行处置。一是调整连接设备的轴线使之保持在同等水平之上。尤其是在能量传动单元与水轮机转子中形成良好的互动。二是利用活性垫片的方式来调整轴线偏离部分，使之能够形成更好的联合效应。尤其是要注意法兰端面与轴线之间的绝对夹角，适当时采用刮研修复来予以纠正。在具体的刮研过程中应该采用增量最小向增量较大的方向来进行，同时采用基准点逐级刮削的方法来进行，以保障其调整质量。

第二，转子质量不平衡。此种类型造成的水轮机振动处置较难处理。且由于其振动根源在于质量的不均衡分布，在处理的过程中除了考虑其质量的平衡，还不能对其外部形态产生巨大变更。从实践经验来看，做好安装前的平衡测试是一种必要的过程。具体而言，旋转精度要求较高的机械，包括水轮发电机组的转子在投入使用前，必须做动、静平衡试验。如有失衡的现象，须加上配重块(偏心质量)或在偏重方向某一确定的位置（偏心距）去掉一些金属，就可减少失衡离心力对主轴旋转产生振动过大的影响。

第三，油膜震荡引发的振动。作为润滑、密封以及降温等功能的重要油料在设备运行的过程中会形成油膜贴附在设备表面。而在重力及机械转动的过程中油膜并不是呈现出均衡分布的状态，故而在客观上造成了一定的质量不均衡状态。同时震荡所产生的微小外力会在高速转动的过程中得到放大，。解决该类问题的关键是对油料的管理及控制。一方面对其总量进行控制，避免空气的进入；二是需要对温度进行严格的控制，避免温度不均衡造成的油膜震荡现象。

四、总结

本文系统总结了贯流水轮机振动产生的原因、危害，并从不同产生原因的角度入手给出可行的解决策略。希望通过本文的研究能够为后续的相关维养及振动消除提供必要依据。

参考文献

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