摘要：对于灯泡贯流式水轮发电机组而言，不仅可以适应比较低的水头，而且过流方面也比较大，此外效率也比较高、在机组进行安装时需要开挖的量也比较小小等，这些优点使其广泛应用于低水头形式的水力资源相关开发中。然而因为此形式的发电机组具有的转动惯量方面不是很大，运行方面也不是很稳定，容易受到水力振动方面的影响，所以本文重点分析有关水力振动方面的形成过程和对该形式发电机组造成的影响。
关键词：灯泡贯流式水轮发电机组；振动因素；影响因素
水力资源属于可再生形式的能源，具有较高的开发利用价值，其中水轮机是其重要的开发设备，主要以水能对发电机组进行冲击，使其进行旋转劲儿对磁场进行切割而形成电量，将水能向电能进行转化。所以，水轮形式发电机组是否可以正常、高效运行会对利用水力进行发电的相关企业利益方面、所承担的安全风险方面以及发电机组有关使用年限方面等造成直接的影响。在水轮形式发电机组运行的时候，水力振动会对其造成较大的破坏，而通过灯泡贯流方式形成的水轮形式发电机组更易受到水力振动的影响。本文简析了该形式发电机组有关水力振动方面的形成原因、具有的危害等，并提出相应的解决措施。
1 具有的振动危害分析
发电机组在进行运行的时候，如果振动过大不仅会使其无法稳定运行，甚至会对其造成严重的损害。通常有以下几点危害：其一，使其零部件部分以及焊缝部分产生裂纹或者断裂；其二，使其连接部件出现松动，甚至断裂；其三，使其转动部分更易出现磨损；其四，使其尾水管壁部位出现裂缝，甚至导致整块钢板发生剥落；其五，一旦发生共振，其后果更加严重，甚至使其整个设备乃至整个厂房被完全破坏。所有需查明其出现振动的具体原因，有针对性的采取应对措施，使机组可以更加稳定、更加长久的运行。
2 水力振动形成的原因分析
2.1狭缝射流的原因
该形式发电机组工作过程中，因为其转轮叶片在其工作面部分承受的压力同其背面承受的压力不一样，便在其桨叶外边缘部位以及转轮室部位中间产生出一股射流，这股射流不仅速度快且压力十分低。当转轮旋转的时候，其转轮室壁中其中一个叶片便会在瞬间低压和瞬间高压中反复，使其出现疲劳损坏。
2.2祸带振动的原因
根据物理学中关于速度三角形方面的知识可以看出，在工作状况最佳的条件下，通过转轮部分流出的水通常沿着轴向前行，而据实际经验得知，如果机组负荷高于此条件，则水流方向包含逆于转轮进行旋转方向的一个旋转分量；如果机组负荷低于此条件，则包含其同旋转方向的一个旋转分量[1]。如此，便会在尾水管部位的中心附近形成旋转涡带。由于涡带在其中心部位的压力比较低，因而当尾水位比较低的时候，便会出现汽蚀。其中由其低频涡带产生的振动强弱同水轮机的运行工作情况联系紧密，当其导叶具有的相对开度在35%到60%之间时最易出现，此时振动频率通常是机组转速方面频率的0.15倍到0.3倍之间，用算式表示为 ，其中n表示转速。据实践表明，空腔汽蚀会使管壁出现汽蚀现象和异响现象。其中压力脉动具有的频率方面及幅值方面会根据机组工况改变而发生改变，一旦出现共振，便会对整个设备及建筑等造成巨大的危害。
2.3卡门涡列的原因
如果水流遇到非流线类型的障碍物，那么便会分裂出许多变态旋涡，也叫卡门涡列，这些漩涡在不同方向交替旋转的时候便会产生交变形式的振动力。当水流遇到障碍物时，其边界层部分会出现脱流，形成卡门涡，进而产生振动。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆而对于卡门涡而言，其流态与水流速度方面和需要绕流物体在其尾部截面具有的形状方面及大小方面有直接关系，而且其振幅方面同好过流量方面成正比，振动频率以 来表示，其中， 代表相对流速， 代表出口边具有的厚度，系数C雷诺系数Re相关，通常C=0.2。水轮机进行运行的时候也常产生卡门涡列，其中涡列形成的振动力也会引起转轮叶片发送振动，当二者频率相似时，便会加大叶片的固有振动应力，使其出现响声或发生断裂。课通过改变这二者其中一个的频率来降低卡门涡列产生的振动。
2.4水力缺乏平衡性的原因
水力缺乏平衡性也会引发水力振动，因为水轮机如果转轮偏心、或者桨叶开度缺乏均匀性、或者导叶开度缺乏一致性、或者型线发生损坏等问题均会使水流进入转轮部位的时候出现不对称而形成径向力，而打破水力平衡。而且灯泡贯流形式的水轮式发电机组采取卧式布置，使得转轮部位的上叶片同下叶片间产生静水压力差，据相关研究得知，此压差会根据转轮直径的不同而发生变化，对其水力平衡造成影响，使得转轮部分和大轴部分出现摆动。
2.5缺乏正确的协联关系原因分析
对于灯泡贯流形式发电机组而言，通常以其导叶部分及桨叶部分一起进行调节，如此确保机组的高效运行[2]。据相关经验得知，如果贯流形式的水轮机在其导叶部分同桨叶部分出现错误的协联关系，那么不仅机组有关出力方面会受阻，还会形成径向振动。因此，具体运行过程中，需保证机组运行环境可以处于最佳的协联工况。此外，如果水轮机受到严重的汽蚀，也会形成机械振动以及出现噪音，尤其是处于低水头情况或者低负荷情况下，不仅会加重汽蚀，还会使转动位置及尾水管位置出现振动。而停机或者导叶快关闭的时候，反水锤亦会导致振动。
3 解决措施
3.1贯流形式机组需避开动态控制
据相关经验得知，当机组处于静态工作情况下，也就是当水力流态比较正常而且发电机组负荷比较稳定的情况下，其机组不仅性能非常好，而且效率也非常高；反之，机组处于动态工作情况下，其机组不仅缺乏稳定性，而且水力振动十分明显[3]。针对机组设备具体运行时出现的各种问题，我国相关部门颁布了有关规定撤销了贯流形式的发电机组有关AGC方面的硬性要求。所以，灯泡贯流形式的水轮式发电机组运行过程中需尽量不要长时间对负荷进行动态调控。
3.2贯流形式机组需在协联工作状态下运行，且避开运动产生的振动区
因为水力振动部分和机组自身振动是无法避免的，所以机组在正常协联工作状态下运行时需避开运行产生的振动区。如果在条件许可的情况下，还可以安装相应的监测系统对其进行实时监测，以便于相关人员分析数据，避开振动区，以此提升机组运行效率和使用寿命[4]。重点检修易遭受水力振动破坏的机组位置,严格按照检测要求进行检测，从而可以有效的避免发生事故。
4 结束语
综上所述，虽然灯泡贯流形式的水轮发电机组具有诸多优点，但相较其他发电机组而言更易受到水力振动的影响，对其运行造成影响，对其设备本身带来损害，本文通过分析有关水力振动方面的形成过程和对该形式发电机组造成的影响，并提出相应的解决建议，以其减少水力振动对该形式发电机组造成的损害，使其可以更加稳定、更加持久的运行。
参考文献
[1]刘攀,韩凤琴,颜士杰.高落差贯流式水轮机叶片过大开度流动研究[J].水电能源科学,2010,(01):65-67.
[2]张新生.侯锦刚.刘胜利.水轮发电机组振动成因分析及对策[J].城市建设理论研究,2012,(03):43-45.
[3]陈传坤,秦振伟.小龙门竖井贯流式水轮机及齿轮箱结构特点与安装[J].水电站机电技术,2011m(02):52-54.
[4]杨平.竖井贯流式机组在小龙水电站中的应用及问题分析[J].四川水力发电,2011,(S1):79-81.
论文作者:李洋,刘川民,鄢定国
论文发表刊物:《电力设备》2017年第16期
论文发表时间:2017/10/26
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