水电机组运行中振动和噪声的分析

2019-11-29黄立斌

商品与质量 2019年32期

黄立斌

湖南省电力有限公司水电分公司湖南长沙 410000

随着我国大量的水电站工程开建，水电机组振动和噪声的问题已经收到了广泛的关注，这些噪声和振动的出现，危害着水电机组的正常运行。所以加强对于相关问题的研究和解决是保证水电机组安全稳定运行的迁移。由于水电机组结构复杂、尺寸较大、运行中不易关闭等特点，决定了对于水电机组的振动和噪声的解决工作，首先应该建立在对于问题的预判上面，找到可能致使问题发生的原因。

对于水电机组来说，噪音的产生很大程度上和水电机组的振动有关，水电机组发生不协调的运转，这种情况下，不但使得水电机组噪音变大，还会使得水电机组的结构受到危害，甚至导致水电机组发生安全事故，所以需要引起高度重视，避免因为轻视出现意外事故。

就水电机组的噪声产生的因素来说，目前常见的可以分为三大类，分别是机械因素、电磁因素以及水利因素。就目前来说，在水电机组运行中，噪音和振动是没有办法完全消除的，但是可以通过一定的技术让异常振动和噪声消除，或者减轻正常情况下产生的噪声以及振动。这些振动的产生，主要是由于机械在设计制造中间、以及安装中间存在有缺陷，或者运行中间的一些因素导致的。

1 振动及噪声成因分析

1.1 机械因素

机械振动最常见的原因是转子质量不平衡，其次是机组轴倾斜和轴承缺陷。转子质量不平衡，转子的重心偏离e 转动轴的距离，这样的重心在主轴转子旋转半径的e 主轴旋转，产生额外的离心惯性力。这个额外的离心力惯性力将迫使主轴弯曲和变形。变形点靠近轴的两端，变形点靠近离心力。主轴的空间运动为橄榄形，其投影为弧形。因此，这种振动被称为“弓形”振动。对于新安装的机组，在安装过程中要对轴线进行测量和调整，摆动值一般可以在规定的范围内进行处理，因此，轴倾斜一般不会引起严重的振动[1]。

1.2 电磁因素

对于水轮机组来说，就现代技术，还不能保证它的发动机不可能制造的完美无缺，从而导致制造出来的定子和转子之间存在有孔隙，这种孔隙就会导致磁密度存在有分布不均匀性的现象，从而导致了磁力存在有不平衡，磁极极性产生错位，从而导致了水轮机组发生振动[2]。

1.3 水力因素

（1）转轮水力不平衡。对于水轮机来说，如果进入的水流没有达到轴对称进入，这种情况下，就会导致水轮机组发生振动以及噪音。就导致水力不均衡的原因来进行分析的话，蜗壳形状的确定形变，是导致不能轴对称的因素，进而使得导叶出现开度不均匀，从而引起水轮机中的水流会发生不对称转动，使得内部压力分布均衡。在水轮机轮转中间的止漏环分布不均衡，就会导致水轮机发生压力脉动，从而导致横向振动的产生。还有就是水道中间如果存在有异物堵塞等现象发生，也可能导致水轮机组发生振动异常和噪音。

（2）尾水管中水压力脉动。涡轮在非最优工况下运行，旋转转轮出口水流在尾水管内形成涡带，引起压力脉动，引起机组振动。经验告诉我们，混流式汽轮机在30%至70%的最优负荷运行时，在尾水管中有一个旋涡，该旋涡表现为正的螺旋旋涡，这导致了尾水管中显著的压力脉动。脉动频率大约是单位速度的1/3 到1/5，导流筒的最大压力脉动出现在导流筒直锥段的上半部分，此后，压力脉动沿水流方向逐渐减弱，最终在弯头后消失。导流管的压力波动值一般小于水头的10%，但超大型涡轮尾管的压力波动值有时超过水头的10%。

（3）卡门涡列。如果将一个物体置于平行水流中，且该物体为圆柱形，且垂直流向，当流速不断增加到雷诺数Re ≥3．5×106时，圆柱形物体后出现两行平行。涡阵在一定距离内交错排列，方向相反，我们称之为卡门涡。也有可能引起这样的卡门涡，并在涡轮转轮叶片、叶片等尾部引起振动。当转轮叶片尾部产生的卡门涡频率接近叶片自振频率时，叶片将产生共振，严重损坏转轮叶片。

2 水力发电机组振动噪声产生的原因与处理措施分析

2.1 水力不平衡

在水电运行中，造成水电机组振动和噪声的很大因素就是来源于水力不均衡，就液态水来说，它在运行中间无法报出固定形状，并且流量和杂质也存在不同，这些因素是共同导致水电机组运行中间噪音和振动的产生。所以，在水电机组的运行中间，外部因素如时段、季节、水流量等进行控制是解决相关问题的只要思路。对于这些因素进行解决的时候，一般来说常见的就是对出售口进行解决，让出水口来控制进入的水的流速，达到不同时段的情况下，水流受到影响较少的目的。另外一种处理方式就是加大坝体的存水量，让泥沙尽可能的在库区内实现沉淀，让水利机组运行中，不受泥沙因素影响。

2.2 尾水管涡带

对于水单机组运行来说，尾水管涡带也是导致水电机组噪声和振动产生的原因之一，尤其是在水轮机运行中间，如果出现工况情况比较差的情况下，这种问题更加明显。这种问题的产生就会导致了水轮机组管道内部压力过高、进而使得水电机组噪声、振动、振动幅度都会变大，严重的情况下，甚至课鞥导致整个运行机房发生共振，危害运行安全。对于这种问题的解决，就需要在进行设备安装的时候就进行解决。一般选择使用负倾角翼型模式，从而达到对于上冠与泄水锥形线的优化，对于高水头混流式水轮机进行安装的时候，选择使用带副叶的转轮，然后向涡带运行区域进行补气处理就可以有效地解决此类水轮机产生尾水管涡带[3]。