华能澜沧江水电股份有限公司景洪水电厂 666100
摘要：近年来，随着水利资源的大力开发，混流式水轮机以其独特的优越性得到了广泛使用，并逐渐朝着高比转速、大容量、高效率方向发展。与此同时，水轮机稳定运行方面的问题也日渐突出
关键词：混流式；水轮机；稳定性
引言
随着科学技术的不断发展，各行各业自动化水平越来越高，水电站逐渐开始实现“无人值班，少人值守”的运行管理方式。因此，业内开始逐渐重视水轮机运行的稳定性，并对此提出了更高要求。目前，在实际工作中，由于混流式水轮机的结构形势比较简单而且工作效率比较高，因此已经逐渐得到了广泛应用。
1水轮机稳定性分析
水轮机是水电站不可或缺的动力设备之一，是用来生产电能的水利原动机。水流在经过水轮机后将自身所蕴藏的能量转换成旋转的机械能，然后旋转的机械能通过电动机后将转换为电能，之后送至电网供给用户。由此可见，水轮机的运行性能好坏，直接关系到水电站发出的电能的质量，甚至影响到整个电力系统运行的技术经济水平。在评定水轮机的优劣的时候，最常用的指标有三个，分别是稳定性，空化以及能量。后两者的判定非常的直观化，而且适当的挖掘能够明显的节省投资，提升利润。所以当前时期人们非常的重视这两个指标。而对于稳定性来讲，它主要分析设备运行的的安全性。
在测定水轮机稳定性的时候，通常会分析它运作时候的振动情况，也就是水力和机械两种振动。水轮发电机组的一般振动不会危害机组，但当机组振动超过允许值，尤其是长期振动及发生共振时，对供电质量、机组使用寿命、附属设备及仪器是性能、机组基础和周围的建筑物，甚至对整个水电站的安全经济运行等，都会带来严重的危害。
2混流式水轮机稳定性的影响因素分析
2.1水力因素
水力振动由水轮机水力部分的动水压力的干扰造成的振动叫水力振动。产生振动的水力因素主要有:尾水管内低频涡带、卡门涡列、叶道涡引起的水力不稳定、过度过程中的不稳定现象、水力不平衡、空腔汽蚀、间隙射流（轴流式水轮机）等。具体来说:一是，卡门涡列引起的振动。当水流流经非流线型障碍物时，在出口边的两侧出现漩涡，形成旋转方向相反、有规则交错排列的漩涡，进而互相干扰、互相吸引，形成非线型的涡列，俗称卡门涡列。这种涡列交替地作顺时针或逆时针方向旋转，在其不断形成与消失过程中，会在垂直于主流方向引起交变的振动力。当卡门涡列的频率与叶片固有频率接近时，叶片动应力急剧增大，有时发出响声，甚至使叶片根部振裂。二是，尾水管涡带引起的振动。混流式水轮机在偏离最优工况运行时，尾水管中将出现涡带，由此引起水轮机振动，并伴有响声，常发生在30%～60%额定负荷范围内。尾水管涡带可能引起引水管强烈振动、功率摆动、还可能引起厂房振动。三是，转轮止漏间隙不均匀引起的振动。为了减少高水头水轮机转轮的容积损失，通常采用梳齿形止漏装置。但当结构不合理或间隙过小时，造成间隙内的压力不均匀分布和侧向水推力，引起转轮偏心变大和振动。
2.2机械因素
机械方面的因素有：（1）由于主轴弯曲或挠曲、推力轴承调整不良、轴承间隙过大、主轴法兰连接不紧和机组中心不准引起空载低转速时的振动。（2）因转轮等旋转件与静止件相碰引起振动激烈并伴有音响。（3）转动部分重量不平衡引起的，随速度上升振动增大而与负荷无关，这是常见的，特别是焊补转轮或更换桨叶后更容易发生，这类振动的特点是振动频率也水轮机转频一致，发电机上、下机架及导轴承横向振动的振幅与转速的平方成正比。对机械原因引起的振动，只要查清振动原因，采取相应的措施，如通过动平衡，调整轴线或调整轴瓦间隙等，就能消除。
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3混流式水轮机稳定性控制措施分析
3.1完善水轮机设计
一方面考虑提高水轮机的效率,另一方面要考虑尽可能减少压力脉动的现象。在确保水轮机刚度满足要求的情况下,充分考虑静强度的要求,还要避免共振现象发生。适当增加叶片厚度和叶片与上冠、下环焊缝圆弧过渡半径,能尽量的避免应力集中,同时还可采取避开共振区的适当措施防止叶片出现开裂。目前，应用最为广泛的是计算流体动力学分析技术（CFD）和模型试验。通过CFD和模型试验，对流道尤其是导叶翼型、转轮叶片翼型及泄水锥进行优化，避免卡门涡列发生，减轻尾水管中心偏心涡带，将尾水管压力脉动幅值控制在合理范围。
3.2合理选择水轮机转速
现阶段水轮机组的设计和研究主要在于水轮机转速的优化选择。20世纪的80年代的混流式水轮机的模型实验中曾发现了一种具有大频率特性的压力脉动的，大部分高能量负荷压力的特点是频率的转换过于频繁，大约在5倍以下的，流量的最佳工作时间为88%左右。个别情况下的压力脉动的变化复制会高达净水头的30%，该压力下的脉动对于装置的空化系数和下游尾部的变化是十分灵敏的，在水轮机的研究过程中，尾部进水口的到顶部的尾部的管道处均会出现相应的压力脉动过大的情况。单纯的减小水轮机的尺寸顺便降低转叶和转轮的比转速是可取的，水轮机组的选择应该遵从当地的水文情况以及水体的变化情况综合分析数据的可调节范围，优化机台运行情况。
3.3转轮叶片的出水部位进行调整
卡门涡频率计算公式可以通过减小转轮叶片的出水部位的叶片厚度改善出水部分的形状来改变水流层次的边界以及从叶片上分离出来的位置，以期减少脱离漩涡时强度。出水边的单边小圆轴的过渡段落的进行的实验证明，叶片较小的转轴振动感也较小，水轮机组的出水边的修改调整为30-40度的倒棱角型，都利用其较为强大的修型调整。
3.4加强水电站日常管理工作
只有在平时开展好了管理工作，注意细节，才能够切实的提升设备的效率，增加使用时间。具体的来说，第一，混流式水轮机运行过程中必须时刻做好状态检查、清理除灰等工作，为机组创造一个清洁、整洁、干净的环境，例如:水轮机四周要积极排除一切杂物，及时清理机组表层的油渍、污渍、灰尘等，保持机组的干净、整洁，其中要重点清理好电刷滑环处，确保其处于干净、整洁状态。实际的检修与运行维护中要加强监视与监督，通过观看、观察、听声、闻味等来识别水轮机有无异常故障。二是，深入观察水轮机的运行状态、转动情况等，主要观察其运转灵活、变通与否，以及传动带的松紧度正常与否，其接头牢固与否，同时，也要检查发电机的不同阀门、导叶等，查看其有无破损现象，出现受损问题需及时进行调换。三是，一些水电站水轮发电机组因为长时间未工作、未运转，其内部各个部件可能由于受潮而发生腐蚀变质等现象，这样其绝缘度必然下降，对此，则需要实施干燥处理，恢复其绝缘度。为了预防电动机遭到潮气侵蚀，则要经常检查油泵，适当的时候则要进行切换、更新，维持油泵的正常运行。要在调速器不同部位链接的位置做好养护工作，例如:注入润滑油，提升其质量。也要对分离器实施定期放水操作。
4结语
目前我国已经陆续建立了一大批水电站，并且，随着研究的不断深入，水轮机组的设计、安装和日常维护技术也取得了很大进步。混流式水轮机是我国最早投入使用的也是目前应用前景最广阔的机型，我国要加大对于混流式水轮机组的开发和应用，提高对于下一代水轮机的安全运行的范围，提高水轮机的稳定可靠性是未来技术的发展的主要目标。水轮发电机组运行时，必然会产生振动，减少水轮发电机组振动对提高机组安全稳定运行、延长机组使用寿命具有重要的作用。
参考文献
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[2]李小焕，张燎军，张晓莉.混流式水轮机全流道非定常湍流研究[J].中国农村水利水电，2013(3).
论文作者:付烈坤
论文发表刊物:《基层建设》2016年14期
论文发表时间:2016/10/20
标签：水轮机论文; 机组论文; 叶片论文; 转轮论文; 水轮论文; 卡门论文; 流式论文; 《基层建设》2016年14期论文;