燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動的形成及其影響摘要：燈泡貫流式機(jī)組,具有適用水頭低、過機(jī)流量大以及效率高等特點(diǎn)，廣泛用于開發(fā)低水頭水力資源。但由于機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量小，使得Tw/Ta值較大，相應(yīng)水輪機(jī)水力振動對其影響也較大，文章就水力振動的形成以及對機(jī)組的影響進(jìn)行了分析，供同行們參考。關(guān)鍵詞：燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動影響1前言某水利樞紐發(fā)電廠位于某省某市某江干流中游，為低水頭徑流式電站，廠房為河床式。電站總裝機(jī)容量140MW，裝置4臺轉(zhuǎn)輪直徑7m，額定容量39MVA的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，額定水頭為8.53m,最大毛水頭為15m,發(fā)電最小毛水頭為3.3m。機(jī)組及監(jiān)控系統(tǒng)均從奧地利引進(jìn)，在國內(nèi)目前同類型機(jī)組中，單機(jī)容量最大。水輪機(jī)是水電廠主設(shè)備之一，它擔(dān)負(fù)著將水流機(jī)械能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的重要任務(wù)，其運(yùn)行質(zhì)量或損傷都將關(guān)系著整個水力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性、安全性及機(jī)組的使用壽命。在水輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行中，振動對機(jī)組損害影響較大，如縮短機(jī)組檢修周期，增加維護(hù)工作量等。2燈泡貫流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)2.1支撐方式整個燈泡是一個大型薄殼外壓容器，除承受機(jī)組本身的自重外，還要承受水壓力、浮力、正向水推力、反向水推力、振動力矩、電磁力矩等荷載，因此燈泡機(jī)組的支撐體起著舉足輕重的作用。主支撐由管型座（俗稱座環(huán)）承擔(dān)。飛來峽電站的管型座由內(nèi)外兩部分組成，上下支柱為管型座的主要組成部分，各種荷載主要通過管型座傳遞給基礎(chǔ)，支柱中為空心，作為運(yùn)行檢修人員的上下通道。在燈泡頭的低部設(shè)有一個球型支撐（為奧地利ELIN公司的專利），其特點(diǎn)是允許燈泡頭（即軸向和徑向）有微小的變形，并可減少振動。另外的燈泡頭的兩側(cè)還裝有兩個橫向支撐，它與管型座、球支撐共同對燈泡形成一個穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)。2.2軸承機(jī)組轉(zhuǎn)動部分為二支點(diǎn)雙懸臂結(jié)構(gòu)，設(shè)有發(fā)電機(jī)組合軸承和水導(dǎo)軸承，兩套軸承共用一套軸承潤滑油裝置。組合軸承位于發(fā)電機(jī)的下游側(cè)，由正推力軸承、反推力軸承和發(fā)導(dǎo)軸承組成；水導(dǎo)軸承在水輪機(jī)大軸密封的上游側(cè)。在飛來峽電站設(shè)計要求正推可承受4500KN的連續(xù)荷載，反推力軸承可承受5400KN的瞬時負(fù)荷；發(fā)導(dǎo)和水導(dǎo)軸承作為支撐發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)以及大軸等重量，可承受1180KN的連續(xù)荷載。3運(yùn)行現(xiàn)象燈泡貫流式機(jī)組由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，它靠管型座、燈泡頭底部的主支撐以及兩根斜支撐固定整個機(jī)組，機(jī)組穩(wěn)定性有其先天不足，故相對其它形式的機(jī)組而言，振動對其質(zhì)量的影響更為嚴(yán)重，在飛來峽水力發(fā)電廠就多次出現(xiàn)齒盤測速探頭被磨損，造成其更換頻繁，備品消耗嚴(yán)重；由于振動，多次出現(xiàn)導(dǎo)葉、輪葉位置傳感器電氣連接插把松動脫落而引起機(jī)組停機(jī)或甩負(fù)荷；另外，在水輪機(jī)室的噪音也特別大（有時高達(dá)110db），對運(yùn)行人員身心健康不利。下面就燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動的形成、危害、運(yùn)行注意事項進(jìn)行簡單分析，為機(jī)組運(yùn)行和維護(hù)提供依據(jù)。4燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動水力振動是機(jī)組振動的重要干擾源，就燈泡貫流式水輪機(jī)而言，水力振動主要由以下原因引起，即：渦帶振動、卡門渦列、狹縫射流、協(xié)聯(lián)關(guān)系不正確等。4.1渦帶振動肆根據(jù)速度三角核形可以知道，焰由轉(zhuǎn)輪流出的溉水流方向，在泛最優(yōu)工況時，子大致為軸向，錯但是，機(jī)組負(fù)梳荷不可能總是些在設(shè)計工況運(yùn)黃行，當(dāng)負(fù)荷大罪于最優(yōu)工況時輝，水流就具有爭與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)方食向相反的旋轉(zhuǎn)兄分量；而負(fù)荷區(qū)比最優(yōu)工況小陳時，就具有與鐘旋轉(zhuǎn)方向同向漆的旋轉(zhuǎn)分量，百這樣，在尾水旬管中心附近就椅產(chǎn)生具有某個綠邊界層的旋轉(zhuǎn)刑渦帶。渦帶中逮心壓力較低，括在尾水位低時親，其中心部分線壓力更低，形舌成汽蝕，這就徹是一般稱為浙的星“勝空腔汽無蝕駕”頂。在高負(fù)荷運(yùn)雙行時（水輪機(jī)瓣額定出力周圍搞），渦帶往往蠢比較穩(wěn)定；而花在低負(fù)荷運(yùn)行射時，渦帶成為算龍卷狀，在尾票水管內(nèi)旋轉(zhuǎn)擺贈動，從而在尾辯水管內(nèi)引起壓笑力脈動，在水錘輪機(jī)運(yùn)行層可卸以聽及到味“煩空捕空牽”雙的聲響。其壓應(yīng)力脈動頻率為疊：蒜f=n代/籍（乎60囑Z升）瓜式薦中劣f旗搖壓力脈動頻率塊（雜H詠z丑）符n登蠅辰水輪機(jī)轉(zhuǎn)速止（菜r/mi刮n書）存Z豪慶沈經(jīng)驗(yàn)值，一般需取喬3~律4費(fèi)（有時也接近柿于慕1~箱5柴）捉壓力脈動的頻因率和幅值是隨屬機(jī)組工況的變葬化而變化的。撫假若與過水系想統(tǒng)水壓脈動頻界率共振時，就錯造成水輪機(jī)整拋個過流系統(tǒng)的酷強(qiáng)烈水壓脈動表，即尾水管、壞管型座和電站蛋水工建筑物等頑的振動。并且阻會引起機(jī)組轉(zhuǎn)子速不穩(wěn)定，造蒜成并網(wǎng)困難，胞這在飛來峽電凈站已經(jīng)出現(xiàn)過壯。另外，當(dāng)飛見來峽電站機(jī)組保處時于論“膊飛斬逸跌”吐泄水工況時，磁尾水管進(jìn)口出瞎的壓力脈動值廈更大，有時達(dá)噸到凈水頭戒的謎14專%栽左右；此時機(jī)寸組的振動增大曲，引起的噪音廳也隨之增加（朵高址大缸11謠0色分貝左右）。斑4.拒2啦由卡門渦引起壽的振動叢卡門渦是一種轉(zhuǎn)渦列，當(dāng)流體肉流過一圓柱體死或板（包括一熔般不繞流體）誰時，在物體后氣面就會沿著兩鹿條互相平行的督直線產(chǎn)生一系裹列相隔一定距躁離的單渦（見籍圖柏1身）。這一系列繁單渦稱之為卡懷門渦列。各個瘡單渦以相反的揉旋轉(zhuǎn)的形式交手替在物體兩后荒側(cè)釋放出來，歐與此同時，物竭體就受到與來翠流方向垂直的土很強(qiáng)的交變力糞。怎這種交變力與欺旋渦頻率相同辰。其振動頻率晝?yōu)椋簼Of州=S省t曾*V/籮δ擦式側(cè)中遠(yuǎn)f貌卡振動頻爛率落(勁Hz)發(fā)S簽t勤斯特雷哈系數(shù)鋼（一般萍取失0.15-0項.姓2暗）禮V防箏意繞流流忘速唱(戒m/s)配δ栽健該圓柱體直徑或竄板轎厚肆(菊m嬌)節(jié)V斧δ康進(jìn)壁揉扇掙緞嚴(yán)乘圖禁1舅盈卡門單渦示意雁圖嗽這種渦列在水夾輪機(jī)運(yùn)行中也痕經(jīng)常出現(xiàn)，導(dǎo)回葉和輪葉在具煙有鈍尾時，就敘會在葉片后面酸出現(xiàn)卡門渦列俗，產(chǎn)生作用在睡葉片尾部的交銹變力。假若交胡變力的頻率與當(dāng)葉片固有頻率葵相等時，就會典產(chǎn)生共振，發(fā)兩出葉片振動的帝嘯叫聲，使葉居片與轉(zhuǎn)輪輪轂晉連接處（或?qū)闳~與外配、內(nèi)魂配連接處）產(chǎn)塞生疲勞裂紋，繩因此，在機(jī)組躬檢修過程中，稅應(yīng)特別注意疲運(yùn)勞裂紋的檢查怎。鋪這種渦的發(fā)生淚與否，與水流清中物體的形狀惹有關(guān)，其頻率艱受水流流速的灣影響。因此，蒸流速達(dá)到某一紡值，共振條件翁一成立，就會看發(fā)生強(qiáng)烈的振鍬動。所以實(shí)際接水輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)銹時，卡門渦列蠢引起的振動是缺在一定的工況腦下發(fā)生。下面汁列出卡門渦列污與渦帶的區(qū)別足（見距表罪1逗），以供運(yùn)行題人員在水輪機(jī)乞?qū)嶋H運(yùn)行中參腳考。裕表伐1首軟渦帶與卡門渦易列的區(qū)別和蝶傳項目鄰類飼別序故數(shù)學(xué)心模型響形成構(gòu)部位周與水輪機(jī)工況攏的關(guān)系易引起的湖后果版作用在物體上濃的力鏈聲音朝渦帶訪f=n祥/捷（關(guān)60菌Z胞）磨尾水管中部遭附近陳壓力脈動的頻惜率和幅值隨工變況而變化粘引起機(jī)組轉(zhuǎn)速炎不穩(wěn)，難以并拒網(wǎng)田壓力脈動禁“柳空獎空傅”握的聲音擋卡門渦列三f=s硬t夠*v頸/脖δ括導(dǎo)葉、葉片處浙一定工況下傳產(chǎn)生疲勞裂紋拿交變力妹嘯叫聲炭4.帥3孔狹縫射流洪在燈泡貫流式捏水輪機(jī)中，由你于轉(zhuǎn)輪葉片的不工作面和背面您存在著壓力差典，在輪葉外緣帝和轉(zhuǎn)輪室之間棉的狹窄縫隙（誤飛來峽電站葉余片與轉(zhuǎn)輪室的橫間隙選是阻7m暖m割）中，形成一開股射流，其速己度很高而壓力瓣非常低。在轉(zhuǎn)答輪旋轉(zhuǎn)過程中末，轉(zhuǎn)輪室壁的短某一部分在葉疏片達(dá)到的瞬間蝕處于低壓；而絹在輪葉離去后雜又處于高壓，臂如此循環(huán)，形筋成了對轉(zhuǎn)輪室客壁的周期性壓翻力脈動，從而恨產(chǎn)生振動，導(dǎo)褲致疲勞破壞。莊這種振動的頻竄率為：今f博=高（橡Z叮1胖n糊）彎/60濁式染中災(zāi)f躁駱壓力脈動頻率芳（務(wù)H估z強(qiáng)）換n蒼輪衣水輪機(jī)轉(zhuǎn)速馳（抗r/mi循n當(dāng)）妖Z犯1災(zāi)責(zé)熊葉片數(shù)寶目吐(肚飛來峽電棟站開4遠(yuǎn)片翻)痛4節(jié).朋4擊協(xié)聯(lián)關(guān)系不正蔽確引起的振動睜根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)足，當(dāng)轉(zhuǎn)槳式水汽輪機(jī)中協(xié)聯(lián)關(guān)掠系不正確時，召一方面會引起逝調(diào)速器系統(tǒng)持辱續(xù)振蕩過程變梁長，機(jī)組出力降、轉(zhuǎn)速發(fā)生振墨蕩，轉(zhuǎn)動部分食扭矩就會引起序大軸變形，從倘而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生杯扭轉(zhuǎn)振動；另拉一方面，由于齒水流情況惡化擋，在水導(dǎo)軸承辭、組合軸承處湯引起軸向振動腔，對于飛來峽芳電站（轉(zhuǎn)輪直確徑霜7000m毛m瑞）而言，這種李情況表現(xiàn)更為樹強(qiáng)烈。餐同時，協(xié)聯(lián)關(guān)你系不正確時，田轉(zhuǎn)輪葉片不再戀具有無撞擊進(jìn)晴口，水流對葉錄片就會產(chǎn)生沖山擊，在不斷的津調(diào)節(jié)過程中，欣由于沖角隨時孕在變化，作用停在葉片上的負(fù)爬荷及由此而產(chǎn)回生的葉片扭矩駝、變形等也相且應(yīng)變化，這些俱變化過程就反勞映了振動的進(jìn)導(dǎo)程。雖4囑.5翼其它原因引起原的振動櫻當(dāng)水輪機(jī)汽蝕慰嚴(yán)重時，同時譽(yù)產(chǎn)生機(jī)械振動盾和噪音，特別筆是在低水頭低播負(fù)荷時，轉(zhuǎn)輪好葉片沖角變化億較大，使葉片鑄產(chǎn)生強(qiáng)烈的脫振流旋渦，一方轎面惡化汽蝕現(xiàn)瓦象，另一方面只引起轉(zhuǎn)動部分著和尾水管的振宿動，這種振動似頻率沒有一定寺規(guī)律。這種振簡動稱之為由汽辰蝕引起的振動抵。另外，在停箱機(jī)或甩負(fù)荷導(dǎo)讓葉快關(guān)時的反油水錘