影響水輪機(jī)穩(wěn)定性的因素及維護(hù)對(duì)策的論文

　　新時(shí)期，水輪機(jī)設(shè)計(jì)方面，不斷向著大尺寸以及大容量的方向發(fā)展，水輪機(jī)電機(jī)組的轉(zhuǎn)速逐漸增高，而且水輪機(jī)的相對(duì)剛度逐漸正在不斷減弱。 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)自動(dòng)化水平越來(lái)越高，水電站逐漸開(kāi)始實(shí)現(xiàn)“無(wú)人值班，少人值守”的運(yùn)行管理方式。 因此，業(yè)內(nèi)開(kāi)始逐漸重視水輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性，并對(duì)此提出了更高要求。 本文主要以混流式水輪機(jī)為例，詳細(xì)分析水輪機(jī)穩(wěn)定性的影響因素，并詳細(xì)探究提高水輪機(jī)穩(wěn)定性的有效策略。

　　目前，在實(shí)際工作中，由于混流式水輪機(jī)的結(jié)構(gòu)形勢(shì)比較簡(jiǎn)單而且工作效率比較高，因此已經(jīng)逐漸得到了廣泛應(yīng)用。 目前，在我國(guó)眾多水電站中，金沙江向家壩水電站的單機(jī)容量最大，其水輪機(jī)額定功率已經(jīng)高達(dá) 812MW,水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪直徑約有 9.75m, 該水電站同時(shí)也是世界上已有水輪機(jī)中單機(jī)容量最大的。

　　1 水輪機(jī)穩(wěn)定性及必要性

　　對(duì)于水輪機(jī)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)定，需要關(guān)注三個(gè)指標(biāo)，分別為穩(wěn)定性、能量以及空化。 其中，能量和空化指標(biāo)的評(píng)判比較直觀，而且通過(guò)充分挖掘和利用， 能夠在很大程度上減少水電站成本投入，增加發(fā)電收益，因此，業(yè)內(nèi)對(duì)于對(duì)能量和空化指標(biāo)更加關(guān)注，而且相關(guān)研究也比較深入。 水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行與水輪機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行是密切相關(guān)的， 以往人們對(duì)于水輪機(jī)并不重視對(duì)其穩(wěn)定性的研究，但水輪機(jī)穩(wěn)定性問(wèn)題卻比較復(fù)雜、涉及面廣，因此，對(duì)水輪機(jī)穩(wěn)定性的研究不夠深入。

　　水輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)為在水輪機(jī)組的運(yùn)行中所體現(xiàn)出的水力振動(dòng)和機(jī)械振動(dòng)。 當(dāng)水輪機(jī)在運(yùn)行狀況下，其穩(wěn)定性較差，則會(huì)產(chǎn)生比較幅度較大、頻率較高的振動(dòng)，而此類強(qiáng)烈的振動(dòng)會(huì)嚴(yán)重影響水輪機(jī)的正常運(yùn)行，隨著時(shí)間的推移，水輪機(jī)表面會(huì)逐漸產(chǎn)生很多裂紋甚至?xí)��?dǎo)致水輪機(jī)廠房以及其他水工建筑發(fā)生振動(dòng)作用， 最終會(huì)威脅到整個(gè)水電站的正常運(yùn)行。 根據(jù)相關(guān)調(diào)查研究可指，目前，我國(guó)大批中型水輪機(jī)的已經(jīng)投入生產(chǎn)， 并且已經(jīng)有很多水電站的水輪機(jī)逐漸暴露出振動(dòng)問(wèn)題，嚴(yán)重程度各不相同，而且隨著振動(dòng)問(wèn)題的發(fā)展，水輪機(jī)的葉片也會(huì)逐漸產(chǎn)生裂紋，另外，軸瓦部分也會(huì)產(chǎn)生裂紋，隨著問(wèn)題嚴(yán)重程度不斷加深，最終會(huì)影響到水電站運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。 因此，探究影響水電站水輪機(jī)穩(wěn)定性的各種因素至關(guān)重要。

　　2 水輪機(jī)穩(wěn)定性主要影響因素

　　在實(shí)際工作中， 很多因素都會(huì)影響混流式水輪機(jī)的穩(wěn)定性，對(duì)此，本文將從水輪機(jī)的水力設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、構(gòu)件加工制造等多個(gè)方面進(jìn)行詳細(xì)的研究探討。在整個(gè)水輪機(jī)組的設(shè)計(jì)工作中， 水力方面的設(shè)計(jì)影響力較小。 當(dāng)水輪機(jī)組在正常工況下運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)組轉(zhuǎn)輪出口水流會(huì)不斷流出，而轉(zhuǎn)輪出口水流不會(huì)發(fā)生旋轉(zhuǎn)。 當(dāng)水輪機(jī)不處于最優(yōu)工作狀態(tài)下， 轉(zhuǎn)輪出口的水流會(huì)在水輪機(jī)尾水管中逐漸形成環(huán)狀水流， 當(dāng)水輪機(jī)在低水頭的 40~70%部分負(fù)荷工況下，水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪出口水流會(huì)正向旋轉(zhuǎn)，并且逐漸形成帶狀渦旋，甚至?xí)�引發(fā)水輪機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)作用。 在水輪機(jī)運(yùn)行工作中，造成水輪機(jī)組振動(dòng)的最為主要的因素就是尾水管的壓力脈動(dòng)，而且這一因素會(huì)對(duì)混流式水輪機(jī)的正常運(yùn)行構(gòu)成威脅。 另外，如果繞流翼型尾部產(chǎn)生卡門渦列，也會(huì)影響水輪機(jī)的正常運(yùn)行，因?yàn)樨M會(huì)導(dǎo)致水輪機(jī)的轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生強(qiáng)迫性的振動(dòng)， 當(dāng)這種強(qiáng)迫性振動(dòng)的頻率與轉(zhuǎn)輪葉片的自振頻率形成倍數(shù)關(guān)系時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生裂縫，甚至?xí)��?dǎo)致葉片斷裂。 除此以外，還有一個(gè)因素也會(huì)影響水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，即水力因素，如果水輪機(jī)機(jī)組運(yùn)行狀況與水輪機(jī)設(shè)計(jì)工況出現(xiàn)偏差，則在葉片的進(jìn)出口就會(huì)發(fā)生脫流現(xiàn)象， 由于脫流現(xiàn)象的頻率不穩(wěn)定，因此其危害程度也有所不同。

　　水輪機(jī)的水力模型是整個(gè)水電站的動(dòng)力來(lái)源。 科學(xué)合理的水輪機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工制造能夠有效提高水輪機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性， 而影響其結(jié)構(gòu)合計(jì)與制造的因素主要有三點(diǎn)如下所示：①過(guò)流部件，當(dāng)流道內(nèi)的水流壓力作用于過(guò)流構(gòu)件上，則會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力作用， 隨著應(yīng)力的增加， 會(huì)導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生彈性變形，另外，當(dāng)水流發(fā)生攪動(dòng)作用時(shí)，各個(gè)構(gòu)件也會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)作用。 當(dāng)水流的振動(dòng)頻率與部件的固有頻率相同時(shí)，還會(huì)產(chǎn)生共振作用，不僅會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的噪音污染，而且還會(huì)影響水輪機(jī)組的正常運(yùn)行。 特別是對(duì)于尺寸較大、轉(zhuǎn)速較低的水輪機(jī)組，其本身固有頻率與水力低頻十分接近， 因此很容易受到共振影響。 ②加工工藝的影響，在水輪機(jī)組的加工制造工作中，如果葉片加工不精準(zhǔn)，或者在構(gòu)件的焊接過(guò)程中出現(xiàn)誤差，則葉片的進(jìn)出口開(kāi)口值就會(huì)比較不均勻， 最終會(huì)導(dǎo)致水輪機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)問(wèn)題。 ③在迷宮環(huán)加工時(shí)橢圓度大，也會(huì)導(dǎo)致機(jī)組發(fā)生振動(dòng)問(wèn)題。

　　另外， 水輪機(jī)組的安裝質(zhì)量同樣也會(huì)影響水輪機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。 在水輪機(jī)組的各個(gè)構(gòu)件中，如果其導(dǎo)軸承互不同心，或者軸線不正，則引起水力振動(dòng)，同時(shí)還會(huì)引起軸承構(gòu)件發(fā)生振動(dòng)。 還需要注意的是，如果轉(zhuǎn)輪機(jī)平衡性較差，則會(huì)產(chǎn)生葉開(kāi)口值調(diào)整不均勻問(wèn)題。

　　3 優(yōu)化水輪機(jī)穩(wěn)定性措施

　�。�1）不斷優(yōu)化水輪機(jī)水力設(shè)計(jì)，在水輪機(jī)設(shè)計(jì)中提高其性能設(shè)計(jì)，保障水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。 所以，在實(shí)際設(shè)計(jì)工作中，設(shè)計(jì)人員不僅需要具備扎實(shí)的專業(yè)知識(shí)， 而且還要結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)，努力優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)分析技術(shù)（CFD）和模型試驗(yàn)應(yīng)用較為廣泛。 在設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)者必須結(jié)合工作經(jīng)驗(yàn)，在工作中使用 CFD 和模型試驗(yàn)，不斷優(yōu)化導(dǎo)葉翼型、轉(zhuǎn)輪葉片翼型以及泄水錐，盡量合理控制尾水管壓力脈動(dòng)幅值。 目前，全世界尚沒(méi)有統(tǒng)一尾水管壓力脈動(dòng)幅值范圍標(biāo)準(zhǔn)。 通常情況下，高水頭電站轉(zhuǎn)速較低、振動(dòng)幅度較小，但是低水頭電站比轉(zhuǎn)速高，壓力脈動(dòng)幅值相對(duì)較大。

　�。�2）加強(qiáng)水輪機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量控制，提高檢修維護(hù)水平。 在水輪機(jī)設(shè)計(jì)階段，加強(qiáng)對(duì)水輪機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量控制，也是提高其運(yùn)行穩(wěn)定性的重要方式。 對(duì)此， 首先應(yīng)該提高水輪機(jī)通流部件剛度，盡量減少其在水力作用下發(fā)生變形。 除此以外，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)階段還應(yīng)該充分考慮尾水管固有頻發(fā)生共振的可能性以及在低負(fù)荷時(shí)水流渦帶頻率與轉(zhuǎn)輪固有頻率。 另外，還應(yīng)該科學(xué)設(shè)計(jì)葉片過(guò)渡部分，對(duì)于葉片根部的局部加強(qiáng)，應(yīng)該采用有限元分析法，減少應(yīng)力集中。 在轉(zhuǎn)輪制造階段，應(yīng)該采用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹谱鞴に�，并且在材料上采用不銹鋼。 最后，還應(yīng)該采用三維軟件設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)輪造型，控制葉片厚度。 轉(zhuǎn)輪加工完成后，要進(jìn)行平衡試驗(yàn)，盡量避免重量偏差，提高平衡性。

　　為了更好的保障水輪機(jī)質(zhì)量，必須加強(qiáng)對(duì)其后期維護(hù)。 在水輪機(jī)的使用過(guò)程中，其葉片、轉(zhuǎn)輪以及其他構(gòu)件會(huì)逐漸發(fā)生氣蝕作用以及磨蝕作用，因此，需要定期對(duì)水輪機(jī)進(jìn)行檢測(cè)和修復(fù)工作。 目前，在水輪機(jī)的檢修工作中，最常見(jiàn)的修復(fù)方法為補(bǔ)焊修復(fù)。 在具體的補(bǔ)焊工作中，應(yīng)該時(shí)刻關(guān)注變形構(gòu)件的變形情況，補(bǔ)焊工作完成后，還要進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，并且將表面打磨光滑。

　�。�3）加強(qiáng)水電站日常管理工作，有利于保障水輪機(jī)組的正常運(yùn)行，并且提高其運(yùn)行穩(wěn)定性、工作效率。

　�、賴�(yán)格依據(jù)國(guó)家相關(guān)規(guī)定管理水輪機(jī)組的運(yùn)行。 水電站在系統(tǒng)中一般都具有調(diào)頻調(diào)峰的任務(wù)，在短時(shí)間內(nèi)，在保證運(yùn)行范圍小時(shí)數(shù)之外運(yùn)行的小時(shí)數(shù)基本無(wú)法避免， 在實(shí)際工作中，應(yīng)該盡量將運(yùn)行范圍之外運(yùn)行的小時(shí)數(shù)控制在 5%左右。

　�、谠谒�輪機(jī)組的運(yùn)行狀況下，應(yīng)該盡量避開(kāi)振動(dòng)區(qū)域。 混流式水輪機(jī)一般有 1 個(gè)振動(dòng)區(qū)或者 2 個(gè)振動(dòng)區(qū)， 所以在水輪機(jī)的開(kāi)機(jī)和停機(jī)階段， 可以采用跨越的方法盡量避開(kāi)振動(dòng)區(qū)域。 除此以外，在水輪機(jī)組的日常工作中，還應(yīng)該盡量減少開(kāi)機(jī)次數(shù)和停機(jī)次數(shù)。 因?yàn)樵陬l繁的開(kāi)機(jī)和停機(jī)過(guò)程中，水輪機(jī)轉(zhuǎn)速以及水壓力的都會(huì)不斷發(fā)生變化， 而這種現(xiàn)象對(duì)于機(jī)組的穩(wěn)定性極為不利。

　�、坌聲r(shí)期，科學(xué)技術(shù)發(fā)展迅速，在水電站的日常運(yùn)行中，也應(yīng)該采用先進(jìn)的檢測(cè)方法， 對(duì)水輪機(jī)組的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，保證水輪機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性。

　　4 結(jié)束語(yǔ)

　　我國(guó)地大物博，水利資源十分豐富，通過(guò)學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和工作經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)自身的研究總結(jié)，目前我國(guó)已經(jīng)陸續(xù)建立了一大批水電站，并且，隨著研究的不斷深入，水輪機(jī)組的設(shè)計(jì)、施工和日常維護(hù)技術(shù)也取得了很大進(jìn)步。 本文主要對(duì)水輪機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行進(jìn)行了詳細(xì)探究， 希望通過(guò)本文研究提高水電站工作水平。

　　參考文獻(xiàn)

　　[1]黃漢云�；炝魇剿�輪機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行的主要水力因素淺析[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2010（02）：85~86.

　　[2]湯 凡 ,劉天琪 ,李興源。大型水電機(jī)組與交直流互聯(lián)電網(wǎng)的耦合作用[J].電網(wǎng)技術(shù)，2011（03）：56~57.

　　[3]楊海燕 ,趙林明 ,王利英。水輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)的灰色關(guān)聯(lián)分析[J].華北水利水電學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（03）17~18.

　　[4]郭紅梅�；炝魇剿�輪機(jī)振動(dòng)研究[J].福建農(nóng)機(jī)，2005（03）。

　　[5]花敏輝。水輪發(fā)電機(jī)擺度、轉(zhuǎn)輪葉片裂紋及汽蝕情況分析[J].江西電力，2011（03）。

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