大型水电站机电设备调试过程中的振动控制与噪声抑制技术研究

引言

在我国水电开发朝着高水头、大容量方向稳步推进的过程中，机组运行参数持续优化提升，机电设备调试阶段所面临的振动与噪声问题逐渐显现。行业相关数据表明，约三分之一的水电站机组故障，与调试阶段振动问题处理欠妥存在关联，诸如转轮偏心、轴承安装偏差等因素引发的振动异常，可能会在一定程度上影响设备使用寿命。目前采用的调试方法多基于经验进行调整，在精准控制方面尚有提升空间。由此可见，探索适用于调试阶段的振动与噪声抑制技术，对于保障机组安全投运、优化后期运维成本具有积极意义。

1 振动与噪声产生机理及危害

1.1 噪声产生机制与分类

在设备调试阶段，振动与噪声问题尤为突出，不仅降低运行效率，还可能缩短设备寿命，对周边环境造成干扰。大型水电站噪声按声源可分为：

机械噪声：在轴承运转、齿轮啮合及部件相互作用过程中，可能产生一定频宽的噪声，其主频通常分布于 500-2000Hz 区间。以大型水电站为例，水轮机轴承在空载运行时，经测量，其噪声水平达到 79dB（A）。

水力噪声：水流通过转轮、导叶区域时，由于湍流现象和空化效应，存在引发噪声问题的可能性。大型水电站混流式水轮机在高水头工况下，实测噪声水平为 92dB（A），该噪声呈现出较为显著的低频特性，频率范围大致在 120-480Hz_o 。

电磁噪声：发电机运行期间，定转子磁场的相互作用或会产生周期性振动，从而向外辐射噪声。此类噪声的主频一般为 100Hz （即两倍工频），经实测，大型水电站发电机在额定负荷运行状态下，电磁噪声可达 83dB（A）。

1.2 振动与噪声的危害

设备损伤：当振动加速度接近或达到 0.3g 时，设备螺栓松动及密封件失效的可能性会明显增大。以大型水电站为例，3 号机由于振动值长期处于较高水平，主轴密封实际使用寿命与设计的 8000 小时相比，缩短了约 3200 小时。

精度恶化：在设备运行期间，若振动速度达到 0.1mm/s 及以上，仪表测量精度可能会受到一定程度的影响。大型水电站的转速传感器因受振动干扰，测量误差出现约5.5% 的增加。

人体危害：当环境噪声值超过 85dB（A）时，人员长期处于这样的环境中，存在损害健康的潜在风险，例如可能引发听力下降、神经系统不适等状况。大型水电站厂房运行区域在初期因噪声超标，运维人员对此方面的反馈比例增加了约 42% 。

2 调试阶段振动控制技术

2.1 机械振动控制技术

2.1.1 动平衡调整

转子现场动平衡：通过双面平衡法，结合振动传感器对轴承座振动信号进行采集分析，能够获取不平衡质量与相位信息。在大型水电站 4 号发电机转子调试过程中，经过两次加重处理（总质量 520g ），振动速度有所降低，从 0.19mm/s 下降至 0.06mm /s

转轮静平衡校验：在专用平衡台上借助水平仪开展检测，对配重块进行适当调整后，可将转轮倾斜度控制在一定范围内（ ⩽0.02mm/m ）。例如，大型水电站 1 号机轴流式转轮经过平衡调整，其径向振动出现了约 42% 的下降。

2.1.2 安装精度控制

轴线调整：使用百分表精确测量发电机-水轮机主轴摆度，保证法兰处摆度 ⩽0.03 mm/m 、镜板水平偏差 ⩽0.02mm/m 。大型水电站采用激光对中仪进行轴线调整，使 2号机轴线摆度从 0.13mm 降至 0.05mm 。

轴承间隙优化：按照轴径的 0.001-0.0015 倍调整导轴承间隙，同时确保推力轴承瓦面接触面积 在大型水电站 3 号机的实践中，将导轴承间隙从 0.32mm 调整至0.24mm 后，水平振动情况得到一定改善，由 0.15mm/s 降至 0.09mm/s_⨀

2.1.3 阻尼减振措施

加装减振器：在发电机定子与机座之间安装硬度为 50-60ShoreA 的橡胶阻尼垫，实际应用显示，该措施对降低振动加速度有一定效果。大型水电站 1 号发电机采用此措施后，振动加速度降低了约 36‰

动态吸振器：对于特定频率振动（如 100Hz 电磁振动），调谐质量吸振器能够起到较好的抑制作用。大型水电站在 4 号机定子加装吸振器后， 100Hz 频段振动幅值下降了约 51% 。

2.2 水力振动控制技术

2.2.1 流道优化调试

导叶开口调整：通过模型试验对导叶开度组合进行探究发现，在 30%-70% 负荷区间内，导叶开度若设置不合理，可能引发强涡带现象。以大型水电站为例，3 号机导叶开度从 42% 调整至 46% 后，尾水管脉动压力出现了一定程度的降低，降幅约为 62% 。

补气装置调试：向尾水管或转轮室实施补气操作，能够在一定范围内影响涡带的连续性。大型水电站在调试过程中，将补气阀开度设定为 22% 时，机组垂直振动状况得到改善，振动值从 0.17mm/s 降至 0.08mm/s_⨀ 。

2.2.2 管道水锤抑制

阀门启闭控制：采用 30%-60%-100% 分段开启的方式，并将阀门启闭时间适当延长至 15-20s，对缓解管道水锤压力具有一定效果。大型水电站采取该措施后，高压管道水锤压力由 1.22 倍设计值降至 1.05 倍左右。

安装缓冲装置：在水泵出口加装水锤消除器，可有效减少管道振动。根据大型水电站辅助系统调试数据，采取该措施后，高压油管振动加速度从 0.21g 下降至 0.08g。

3 调试阶段噪声抑制技术

3.1 声源控制技术

机械噪声治理：在轴承使用 NLGI2 级高温润滑脂，并选用重合度不低于 1.5 的斜齿齿轮箱后，大型水电站辅助电机运行噪声有所改善，实测值从 76dB（A）降至 68dB（A）。

水力噪声控制：通过对转轮叶片型线进行优化设计，采用后掠式叶片结构，大型水电站 3 号机水轮机的空化噪声水平出现一定程度的降低，降幅约为 10.5dB（A）。

电磁噪声抑制：定子铁芯采用 35W250 高牌号硅钢片，并将铁芯压紧力控制在 1.5-2MPa 区间，经调试后，大型水电站发电机运行噪声从 83dB（A）减少至 75dB（A）。

3.2 传播路径阻隔

隔音包扎：对于压力管道、阀门等部件，可尝试采用 50mm 厚阻尼隔音毡搭配 48kg/m³ 离心玻璃棉进行包扎处理。在大型水电站高压油管系统的应用实践中，该方案展现出一定的降噪潜力，降噪量可达 15.5dB（A）。

隔声屏障：在发电机层设置高度 2.5m 、插入损失 ⩾25dB 的隔声屏障，或能有效缓解厂房运行区的噪声问题。以大型水电站为例，实施该措施后，运行区噪声出现了从 91dB（A）至 80dB（A）的明显改善。

减振浮筑：在机组基础安装固有频率 3-5Hz 的弹簧减振器，有望显著降低地面振动的传递程度。大型水电站的实际操作数据显示，该措施可使地面振动传递率降低约61% ，进而对二次辐射噪声的产生起到一定的抑制作用。

结束语

在水电站机电设备调试阶段，振动控制与噪声抑制是一项较为复杂的系统工程。相关研究与实践经验显示，根据设备自身特点和运行工况，采用相应的技术手段能够取得一定效果：在机械振动控制方面，以精度调整和动平衡优化作为关键手段；水力振动治理可着重考虑流道优化和脉动抑制；电磁噪声控制则可从电磁参数优化着手。此外，通过对噪声传播路径进行阻隔以及采取吸声处理，也有助于降低噪声影响。此技术有助于提高水电站机电设备运行稳定性与环境友好性，期待未来能在更多水电站推广，助力水电行业绿色、高效发展。

参考文献

[1]李哲.煤矿机电大型设备噪声与振动分析及优化控制策略研究[J].科技资讯，2024，22（9）：183-185.

[2]秦瑞卿.船舶机电设备振动采集系统的故障诊断研究[J].设备管理与维修，2024（17）：35-37.

[3]王光明.建筑机电设备工程噪声控制技术研究[J].电声技术，2024，48（9）：7-9.