引言：水轮机在运行过程中，由于受到制造工艺、安装工艺、运行工况等因素的影响，会产生振动现象，对机组的安全运行有较大影响并产生噪音，加速零部件的磨损、降低工作效率等。水轮发电机组振动的原因比较复杂[1]，不同的振动因素会引起不同规律的振动，因此，要根据水轮机的振动状态，分析其原因，才能找出相应处理的方法。
一、水轮机振动对发电机组的影响
水力发电厂水轮机运行过程中出现振动是普遍现象，但是振动频率必须在可控范围内，这样才不会阻碍水轮机正常运行,振动异常就会影响水轮机发电机组的正常运行，造成经济损失及人身安全威胁等，主要影响包括以下几方面:(1）造成机组的紧固部件松动，使部分零件处于疲劳工作状态，振动严重会导致零件损坏,使用寿命急剧缩短,造成安全隐患。（2）机组零部件造成疲劳损坏区，时间久会产生裂缝，使部分零件处于疲劳工作状态，振动严重会导致零件损坏,甚至报废。（3）水轮机组的共振，如机组设备与厂房的共振，可能会破坏厂房及里面的各种设备。（4）水轮发电机振动会让机组旋转局部磨损愈加严重。（5）尾水管中会产生涡流脉动压力，管壁会因压力而开裂，甚至破坏整个尾水设施系统。
二、水轮机振动的原因
1.因机组轴线摆度超标引起振动
机械轴线的原因，由于机械轴线不对称，与水轮机转子中心体不同心，或与水轮机发电机组轴心不对称，导致水轮机振动异常。水轮机转动零件原因，水轮机转子运行过程中出现不平衡状态，导致振动异常[2]。行加工时，要提高精准度，保证零件质量。运输水轮机的过程中要做好保护工作，规范合理地对水轮机进行安装调试，后期维护保养也要着重关注动态气隙，避免出现转子磁极松动问题，降低事故风险。
2.因电磁场不平衡引起振动
静态气隙原因，安装水轮机定子与转子时，没有做到安装同心，也可能是定子与转子本身存在质量问题，导致静态气隙不均匀，对水轮机运行过程中的气隙磁场产生影响，出现气隙磁场不均匀甚至损坏情况。气隙磁场损坏后，会对水轮机定子及转子产生影响，导致水轮机振动异常。动态气隙原因，水轮机磁极出现松动情况，气隙在较小的空间位置变化，导致水轮机振动异常。安装和调试水轮机过程中，由于出现动态气隙情况，导致水轮机振动异常。
3.因水力不平衡产生振动
引起水力振动的因素有水力不平衡、尾水管中水流不稳定、涡带及空腔空蚀等。一般说来，水轮机组的振动主要是水力振动引起的。（1）转轮水力不平衡。若进入水轮机转轮的水流失去轴对称，就必然出现不平衡的径向力，这种情况就是水力不平衡，也会造成水轮机振动。造成水力不平衡的因素，通常有蜗壳形状不正确，不能保证轴对称；导叶开度不均匀，引起流入转轮水流不对称和转轮压力分布不均匀；转轮止漏环不均匀，造成压力脉动，产生横向振动；流道有异物堵塞等。（2）尾水管中水压力脉动。水轮机在非最优工况下运行，旋转的转轮出口水流，会在尾水管中形成涡带，造成压力脉动，引起机组振动。经验告诉我们，运行在30%～70%最优负荷的混流式水轮机，其尾水管内的涡带表现为正向螺旋状涡流状态，这样一来，在尾水管内将会产生显著的压力脉动，其脉动频率大致为机组转速频率的1/3～1/5。尾水管压力脉动最大值出现在尾水管直锥段的上半部，此后，这种压力脉动必然沿水流方向逐渐减弱，最终在肘管后消失。尾水管压力脉动值一般小于水头的10%，但超大型水轮机尾水管压力脉动值有时大大超过水头的10%，甚至达20%～30%以上[3]。这种压力脉动必然引起尾水管本身、压力钢管、顶盖和推力轴承等的振动，还会导致机组出力波动，严重的情况下有可能造成引水管道共振和厂房振动。（3）卡门涡列。如果平行流动的水流中放置一个物体，而且这个物体是圆柱体的并顺垂直流向安放的，当水流速度不断提升至雷诺数Re≥3.5×106时，在这个圆柱物体的后面会出现两排平行的、按一定距离交错排列的、方向相反的涡列，我们把这种现象称为卡门涡列。在水轮机转轮叶片、导叶等过流部件的尾部，也有可能出现这种卡门涡列并引起振动。当转轮叶片尾部产生的卡门涡列频率与叶片自振频率接近时，叶片将产生共振，使转轮叶片严重损坏。
三、水力发电厂水轮机振动异常故障处理对策
在水轮机异常性振动故障处理的过程中，需要编制十分完善的故障处理方案，并依据故障实际情况，采取针对性的措施解决异常现象。（1）针对水轮机发电机组内部水力不平衡导致的振动异常情况，如果流道内水力不平衡导致机组振动，必然会首先引起水导轴承振动，在水导部位安装加速度传感器，发现测量值满足安装规范要求；应该注意到，水导轴承与下导轴承之间的轴长为3 m，其弹性有较大的隔振效果，传递到上导轴承、发电机盖板上的振动力太大；下导轴承解体检查未发现异常。因此，我们有理由判断不是水力不平衡引起机组振动故障。不需要采取控制水流速的办法，根据不同季节及时间变化合理制订水流速管理方案，减少水力不平衡对水轮机运行带来的影响。针对水轮机尾水管凹槽导致的振动异常情况，需要在安装水轮机设备时，对尾水管凹槽进行优化，使其符合正常运转要求，降低水轮机振动异常概率。（2）针对静态气隙原因导致的水轮机振动异常情况，安装过程中，要准确对静态气隙进行测量，采取合理控制措施，保证转子与定子质量，调整好磁极之间的静态气隙空间位置，提高水轮机的支撑能力及动态平衡精度。针对动态气隙原因造成的影响，对水轮机零件进行加工时，要提高精准度，保证零件质量。运输水轮机的过程中要做好保护工作，规范合理地对水轮机进行安装调试，后期维护保养也要着重关注动态气隙，避免出现转子磁极松动问题，降低事故风险。如果是因电磁场不平衡引起振动，其振动的幅度应该随负载的增加而加大，换言之，负载运行和空载运行的振动幅度应该有较大区别。然而，机组无论是试运行或者是商业运行，其振动幅度在空载运行工况下与在负载运行工况下均相差不大。由此判断机组振动故障原因并非磁场不平衡。（3）针对机械轴线不对称导致水轮机振动异常情况，要严格按照标准要求规范安装水轮机。针对转动零件引发的振动，要在安装调试过程中采取相应解决措施，避免转子出现不平衡情况，保证其正常运行。
结束语:水轮机组运行过程中防止因振动产生的事故十分重要。如何监视机组振动，及早发现异常情况，需要丰富的实践经验和科学理论。使用者需要了解水轮机振动的原因、水轮机振动的防护措施、水轮机振动的处理方法，在维护检查工作中全面加强设备的动态管理，在运行过程中正确分析查找水轮机振动的原因，找出解决方法进行处理，才能确保水轮发电机组安全稳定运行。为了尽量满足水电厂由计划检修到状态检修发展的实际需要，需要加大相关技术的研发，不断优化我国故障诊断信息系统，使其变得更加的智能化、多元化和高效化。
参考文献：
[1]许岩.水力发电厂水轮机异常故障以及处理方法［J］．区域治理，2018，(45):201.
[2]陈锡洲.水力发电厂水轮机振动异常故障分析和处理[J].通讯世界，2015（15）：130-131.
[3]王庚生，夏向阳，吴越洋.水轮机振动原因及改进方法研究[J].电子世界，2013（9）：176-177.
