摘要：经济的发展和科技的进步，促进我国的水电站事业也得到了飞速的发展。新时期，水轮机设计方面，不断向着大尺寸以及大容量的方向发展，而且水轮机电机组的转速也逐渐增高，在实际应用中，人们也越来越重视水轮机运行的稳定性。本文就水轮机稳定性影响因素及优化策略展开探讨。
关键词：水轮机；稳定性；设计；运行；策略
引言
现代经济高速发展，越来越多的机械设备呈现出高效率高科技的特点，比如水轮发电机组。目前我国水轮发电机组的发展方向是大容量和高速率。但是我国目前的冶金技术发展跟不上水轮机对制造材料的要求，制造的水轮机硬度达不到要求。加上我国自动化技术的发展进步，各行各业都在追求高自动化，目前我国的绝大多数的水电站都采取了自动化运行的模式，很少需要工作人员来操作。因此对水轮机的稳定运行这一硬性要求更高。
1水轮机安全运行稳定性概述
一般来说，水轮机安全运行稳定性较差，其主要表现机械振动以及水力振动频率较高且振幅较大；水轮机安全运行稳定性较好，其主要表现为机械振动以及水利振动频率较低且振幅较小。在实际的水轮机运行过程中，如果其安全运行稳定性较差，其必然会影响到水轮机安全运行，久而久之，水轮机设备表面也会出现诸多裂纹，严重者会对整个水电站的安全运行造成不良影响。尽管现阶段我国的水轮机设计生产以及制造水平已经得到了较大的提升，但是在水电站水轮机运行过程中，依然会出现振动问题，使得我国水电站安全性以及经济性并未得到真正的保障。只有加强对于影响水轮机安全稳定运行因素的分析，才能从根本上保证水轮机运行稳定性的发挥。在现阶段我国水电站发展过程中，其中作为常用的水轮机类型为混流式水轮机。由于其水头范围较宽以及结构相对简单，因此，在实际的水电站运行过程中，混流式水轮机的应用，可以在较大程度上提升水电站的工作效率。
2影响水轮机稳定性的几个因素
2.1水轮机的水力因素
水力方面的因素对水轮机组设计工作的影响较小。在水轮机组正常运作过程中，其转轮的出口处将持续流出水且不会发生旋转。对于非最优工作状态中的水轮机，由于在水轮机尾的水管中受到作用力，其转轮出口处的水流形状将呈现为环状。当水轮机的低水头部分有40%一70%都处在负荷过程中时，其转轮的出口处水流将正向旋转，在这一过程中逐渐形成带状漩涡，严重可导致水电站水轮机组的振动作用。水轮机组振动的主要原因是其尾水管受到压力脉动，这同时也威胁混流式水轮机的稳定运行。当扶流翼的末端出现卡门涡流时，也将对水轮机的正常运行造成影响，其不良作用不仅造成转轮叶片的强迫性振动，尤其一旦其振动频率同叶片自振频率之间是整倍数关系时，将更加容易造成水轮机的转轮叶片出现裂缝，情况严重时将出现叶片断裂。再者，水力因素也会导致水轮机组的设计工况同实际运行情况不吻合，其结果是叶片进出口过程中出现脱流现象，其危害性大小随脱流产生的频率正比变化。
2.2设计因素
首先是过流部件的影响。所谓的过流部件，指的就是水轮机顶盖、底环刚度等等。在实际的运行过程中，过流部件由于受流道中水流压力的影响，常常导致相关构件出现弹性形变；加之水流搅动下每个部件都会发生振动，当振动频率与部件中自身频率相同时，其振动问题更加明显，不但会对设备的正常运行产生影响，而且在运行过程中还会产生较大的噪声污染。其次，水轮机转轮的生产工艺。在实际的水轮机转轮加工生产过程中，由于生产或者加工工艺设计不合理或者是加工过程中操作不规范，往往会造成转轮叶片型线不精确或者是焊接误差出现，一旦这类产品应用到实际地水轮机组中，必然会产生振动问题。最后是迷宫环加工问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆在实际的水轮机组生产加工过程中，一旦迷宫环加工的椭圆度过大，迷宫间的间隙必然会变大，这样一来，极易引起水轮机组振动问题出现，严重影响其安全稳定运行。
2.3水轮机的构建质量因素
安装质量对水轮机稳定性的影响也不可忽视。导轴承互不同心而导致的机组轴线不正，轴线不正同样会使转轮迷宫环间隙不均匀而引起水力振动。另外亦会使轴系上存在脉动轴向力及旋转横向力，引起轴承在相应方向的机械振动。此外，导叶开口值调整不均匀也是水轮机振动的根源之一。
3提升水轮机安全稳定运行的优惠策略
3.1完善设计方案，提升设计水准
完善的设计方案是保证水轮机稳定的重要保障，所以为了提高水轮机运行的稳定，水轮机的设计师在设计水轮机时要具有更高的专业水准和更高端的专业目光。目前，我国就水轮机的设计来说和国外在很多的设计思想上不谋而合，现在最为普遍的是计算流体动力学分析技术（CFD）和模型试验。设计师在设计水轮机的过程中，应该以计算流体动力学分析技术和模型试验为基础，应该优化水轮机的流道中的导叶翼型、转轮叶片翼型和泄水锥，减少水轮机产生卡门涡列，降低尾水管中心偏心涡带和尾水管压力脉动幅度。
3.2提高水轮机日常管理水平
科学合理的日常管理，不仅可以有效地提升水轮机组相关设备的运行效率，还可以在一定程度上延长设备的使用寿命。因此，要想实现水电站水轮机运行稳定性整体水平的提升，做好水轮机日常管理工作也是其中非常重要的一项工作。在这一过程中，水电站相关管理人员应首先从最大限度上保证水轮机组相关设备在规定范围内进行工作，由于水电站中各个组成系统都有调频以及调峰任务，因此，在实际的运行过程中，应将调频以及调峰的小时数控制在一定的范围之内，这一范围以5%为宜；其次，运行过程中尽量躲避振动区域，一般来说，水轮机组大约有两个振动区，因此，在实际的运行过程中，相关管理人员可以通过较快的速率来进行设备开启和停运，这样可以有效躲避振动区域，此外，在实际的运行过程中，还应尽可能的减少对于设备的开启以及停运频率，以此来保证有效的防止振动的发生；最后，相关设备管理人员还应对设备的运行模式进行必要的监测，以此为基础来及时发现并处理运行过程中设备出现的各类问题，保证设备的安全稳定运行。
3.3注重日常运维工作，保障水轮机工作稳定
水轮机在工作中，工作人员也该做好管理工作，细节决定成败，只有做好细节工作，才能增加水轮机的使用寿命，从而提供水利发电效率，增加发电量。具体的要做到以下三点：（1）水轮机在工作时要躲避震动区域。水轮机在开启和关闭的时候要提高水轮机的转到速度，这种操作方法可以躲避震动区；（2）水轮机的运作要在规定的时间内。目前我国的水电站都有调频调峰任务，要尽量保证水轮机的运行时间在水电站的发电要求时间中，但是在实际运作中往往很难保证，所以应该把运行时间控制在5%之内，避免超时运行而造成的水轮机寿命的减短。（3）新一代的水轮机的操作模式较为多样，所以水轮机的运行时工作人员要时刻做好监督工作，要明确每一种模式的运行原理和结果。
结语
综上所述，随着近年来我国现代化建设水平的不断提升，我国水电事业也得到长足的发展。基于这种背景，水轮机设计以及生产也呈现出大容量、大尺寸的发展趋势。只有做好水轮机设计以及生产工作，才能从根本上不断提升水轮机运行的稳定性。并且随着我国相关技术的不断成熟，做好水轮机的安全运行工作，对于促进我国水电站事业的长期有效发展也有着非常积极的意义。
参考文献：
[1]林道远，林建兴.水轮机运行稳定性的研究与展望[J].山东工业技术，2018.
[2]荣红，蔡晶，于红岩，等.水轮机调速器的设计优化和稳定性评价[J].水电厂自动化，2017.
论文作者:许爽泷
论文发表刊物:《电力设备》2018年第31期
论文发表时间:2019/5/6
标签：水轮机论文; 水轮论文; 水电站论文; 过程中论文; 稳定性论文; 机组论文; 转轮论文; 《电力设备》2018年第31期论文;