水電機組運行中振動和噪聲的分析

黃立斌

湖南省電力有限公司水電分公司 湖南長沙 410000

隨著我國大量的水電站工程開建，水電機組振動和噪聲的問題已經收到了廣泛的關注，這些噪聲和振動的出現，危害著水電機組的正常運行。所以加強對于相關問題的研究和解決是保證水電機組安全穩定運行的遷移。由于水電機組結構復雜、尺寸較大、運行中不易關閉等特點，決定了對于水電機組的振動和噪聲的解決工作，首先應該建立在對于問題的預判上面，找到可能致使問題發生的原因。

對于水電機組來說，噪音的產生很大程度上和水電機組的振動有關，水電機組發生不協調的運轉，這種情況下，不但使得水電機組噪音變大，還會使得水電機組的結構受到危害，甚至導致水電機組發生安全事故，所以需要引起高度重視，避免因為輕視出現意外事故。

就水電機組的噪聲產生的因素來說，目前常見的可以分為三大類，分別是機械因素、電磁因素以及水利因素。就目前來說，在水電機組運行中，噪音和振動是沒有辦法完全消除的，但是可以通過一定的技術讓異常振動和噪聲消除，或者減輕正常情況下產生的噪聲以及振動。這些振動的產生，主要是由于機械在設計制造中間、以及安裝中間存在有缺陷，或者運行中間的一些因素導致的。

1 振動及噪聲成因分析

1.1 機械因素

機械振動最常見的原因是轉子質量不平衡，其次是機組軸傾斜和軸承缺陷。轉子質量不平衡，轉子的重心偏離e 轉動軸的距離，這樣的重心在主軸轉子旋轉半徑的e 主軸旋轉，產生額外的離心慣性力。這個額外的離心力慣性力將迫使主軸彎曲和變形。變形點靠近軸的兩端，變形點靠近離心力。主軸的空間運動為橄欖形，其投影為弧形。因此，這種振動被稱為“弓形”振動。對于新安裝的機組，在安裝過程中要對軸線進行測量和調整，擺動值一般可以在規定的范圍內進行處理，因此，軸傾斜一般不會引起嚴重的振動[1]。

1.2 電磁因素

對于水輪機組來說，就現代技術，還不能保證它的發動機不可能制造的完美無缺，從而導致制造出來的定子和轉子之間存在有孔隙，這種孔隙就會導致磁密度存在有分布不均勻性的現象，從而導致了磁力存在有不平衡，磁極極性產生錯位，從而導致了水輪機組發生振動[2]。

1.3 水力因素

（1）轉輪水力不平衡。對于水輪機來說，如果進入的水流沒有達到軸對稱進入，這種情況下，就會導致水輪機組發生振動以及噪音。就導致水力不均衡的原因來進行分析的話，蝸殼形狀的確定形變，是導致不能軸對稱的因素，進而使得導葉出現開度不均勻，從而引起水輪機中的水流會發生不對稱轉動，使得內部壓力分布均衡。在水輪機輪轉中間的止漏環分布不均衡，就會導致水輪機發生壓力脈動，從而導致橫向振動的產生。還有就是水道中間如果存在有異物堵塞等現象發生，也可能導致水輪機組發生振動異常和噪音。

（2）尾水管中水壓力脈動。渦輪在非最優工況下運行，旋轉轉輪出口水流在尾水管內形成渦帶，引起壓力脈動，引起機組振動。經驗告訴我們，混流式汽輪機在30%至70%的最優負荷運行時，在尾水管中有一個旋渦，該旋渦表現為正的螺旋旋渦，這導致了尾水管中顯著的壓力脈動。脈動頻率大約是單位速度的1/3 到1/5，導流筒的最大壓力脈動出現在導流筒直錐段的上半部分，此后，壓力脈動沿水流方向逐漸減弱，最終在彎頭后消失。導流管的壓力波動值一般小于水頭的10%，但超大型渦輪尾管的壓力波動值有時超過水頭的10%。

（3）卡門渦列。如果將一個物體置于平行水流中，且該物體為圓柱形，且垂直流向，當流速不斷增加到雷諾數Re ≥3．5×106時，圓柱形物體后出現兩行平行。渦陣在一定距離內交錯排列，方向相反，我們稱之為卡門渦。也有可能引起這樣的卡門渦，并在渦輪轉輪葉片、葉片等尾部引起振動。當轉輪葉片尾部產生的卡門渦頻率接近葉片自振頻率時，葉片將產生共振，嚴重損壞轉輪葉片。

2 水力發電機組振動噪聲產生的原因與處理措施分析

2.1 水力不平衡

在水電運行中，造成水電機組振動和噪聲的很大因素就是來源于水力不均衡，就液態水來說，它在運行中間無法報出固定形狀，并且流量和雜質也存在不同，這些因素是共同導致水電機組運行中間噪音和振動的產生。所以，在水電機組的運行中間，外部因素如時段、季節、水流量等進行控制是解決相關問題的只要思路。對于這些因素進行解決的時候，一般來說常見的就是對出售口進行解決，讓出水口來控制進入的水的流速，達到不同時段的情況下，水流受到影響較少的目的。另外一種處理方式就是加大壩體的存水量，讓泥沙盡可能的在庫區內實現沉淀，讓水利機組運行中，不受泥沙因素影響。

2.2 尾水管渦帶

對于水單機組運行來說，尾水管渦帶也是導致水電機組噪聲和振動產生的原因之一，尤其是在水輪機運行中間，如果出現工況情況比較差的情況下，這種問題更加明顯。這種問題的產生就會導致了水輪機組管道內部壓力過高、進而使得水電機組噪聲、振動、振動幅度都會變大，嚴重的情況下，甚至課鞥導致整個運行機房發生共振，危害運行安全。對于這種問題的解決，就需要在進行設備安裝的時候就進行解決。一般選擇使用負傾角翼型模式，從而達到對于上冠與泄水錐形線的優化，對于高水頭混流式水輪機進行安裝的時候，選擇使用帶副葉的轉輪，然后向渦帶運行區域進行補氣處理就可以有效地解決此類水輪機產生尾水管渦帶[3]。

3 結語

為了保證水電機組穩定的運行，就需要對水電機組運行中產生的振動和噪音問題，要盡早進行處理。從而達到讓水電機組穩定運行的目的。當然進行處理的時候，針對產生的可能原因進行分析，更有助于問題的解決。