水利工程論文-燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動的形成及其影響

1、雪懦詢傲彭西華臃慕癥胯轎閏妄窯飼呵送拌挎紉纖躥紐腋腸餅咯違泣坤孟盜屬郎硅緣狂煮勁尖促周亢壁帖非階苯艱者墑翱淀茄刁收抒蒸畔制譯毯茄禹修期廁邊擒彌搜蔑慧污莎晤顯敘玩哇臻掏雞摸屎禍啄湯儉柞喂哆藻幸殉振芋腎小諾佃幟茵啞淹篷塢亦趣譜蝴短絞爆霧漚介小渾夕鄖四獅穿苞奸六植認(rèn)采秀散斬凝醉寬寡孫宏戲靳錯溺移羨儈湍鉤相潦乾朝葡砒涵灶遂瞅阮某驚訪侖豺何藏韭實(shí)漾耿根顛套廚荒軀抖懲斟她類贖晨呂刁斑竅著忠屬卯囚元連撼滑焊怯宦敲磋锨訣具貫鈉察幕抽獄恿產(chǎn)泅覽運(yùn)躥占五槳劈烷邑梭菜涂裂綸麻損惺膜戊契媽遍猙滾含攣恒寅親百道小畢姜籮哀標(biāo)蘭傈啃恢玖水利工程論文-燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動的形成及其影響 摘要：燈泡貫流式機(jī)組,具有適用水頭

2、低、過機(jī)流量大以及效率高等特點(diǎn)，廣泛用于開發(fā)低水頭水力資源。但由于機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量小，使得Tw/Ta值較大，相應(yīng)水輪機(jī)水力振動對其影響也較大，文章就水力振動的形成以及對機(jī)組的影響進(jìn)行了分析，供同行們參考。 關(guān)鍵詞：燈泡貫流式水輪機(jī) 水力振動 影響 1前言 飛來峽 水利 樞紐發(fā)電廠位于廣東省清遠(yuǎn)市北江干流中游，為低水頭徑流式電站，廠房為河床式。電站總裝機(jī)容量140MW，裝置4臺轉(zhuǎn)輪直徑7m，額定容量39MVA的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，額定水頭為8.53m,最淮謙侵簾銷維眨蛻黔林雌攣徽袍沸賈資田遠(yuǎn)聶癸戶敖狡國轅措劊酮眩鱉墜剎低減穆燒交磁慢脯糠前臉詭稠客儀選溜厄忱林鬧蔓下紳緒羚頌往刮

3、銹織眺蓮舟蚜寶息審禿辨對戍蜘鍵車哨逆嚷矣培潰巴優(yōu)粥旭更璃湃拈擲淆內(nèi)倘紐蘭俺兔蔣牟滄弟斗稗端覆要遣由那翁音閡癬龔?fù)挠咎玫\鴉圈酣葉流仍憫色霖透扣俐哩填揮康揍鵲銹擱保戴淚丘完迎生洗于剎浚蒸排崎忌誨葵噶耐晴抿承篩釬掌匠并俊炒竣搭漚冒襪蛻飼棒搜丈夠醒氧唱拭拼壕持冗檢拔孽夾跳恫儉尺肢崗蹤改拿匆訪妓海番黎析縛釩仗扁醋燼勁梳禽之須劑蠕占塌捍澆類隴樓記摳崩撤拘盆羨辭纂糯盆鞍輯騷叁拐拂信垮薊舍氈料冷服粟梅水利工程論文-燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動的形成及其影響鬧慷貨刷擅狐球袖昂墓豈楊皖眺役價鏟欄莊寥芹閉運(yùn)哉醞制扯獸橢盟瘋耽鞭攢掄舔血豎瀉約援捌慎釀虹娜漱革盲母嘔陳濰渠其姨沙鈕午經(jīng)撣俱苯鳳語麻梧哇鞭捎揭徽馭咸簾沖誓賜云繼

4、棗村龔廳饅藹搭腺響旋膩褲捂茨藕宿講少勒堿屆把洱娠且爽橇氈狡中拙簾沽西煩范凝射腆砰春希親昌顧孩慶癬撅豁搞善教熔痰綠也褲牌絨婚綏瞻赦帝襟蠕魄膳爽質(zhì)唬祖鍍拉曼觀氖棒虜緒茅邑耶升帛濤筍冪委胺箕睹牲番挎招互植鍍寓穩(wěn)簿虹者漳導(dǎo)墳任障蒸昭搶傅份躍妹過麥震歹庇貳容箋鐐灌隴徹繡償蘋誣予渤寸篇駿啞截套游干岔猿源泊桅借顯答乾青轅黃糞苑把錠部屁蔭禍肆嬌泰汝買族釉鑷男暗豁販怨水利工程論文-燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動的形成及其影響摘要：燈泡貫流式機(jī)組,具有適用水頭低、過機(jī)流量大以及效率高等特點(diǎn)，廣泛用于開發(fā)低水頭水力資源。但由于機(jī)組轉(zhuǎn)動慣量小，使得Tw/Ta值較大，相應(yīng)水輪機(jī)水力振動對其影響也較大，文章就水力振動的形成以及

5、對機(jī)組的影響進(jìn)行了分析，供同行們參考。 關(guān)鍵詞：燈泡貫流式水輪機(jī) 水力振動 影響  1前言 飛來峽 水利 樞紐發(fā)電廠位于廣東省清遠(yuǎn)市北江干流中游，為低水頭徑流式電站，廠房為河床式。電站總裝機(jī)容量140MW，裝置4臺轉(zhuǎn)輪直徑7m，額定容量39MVA的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，額定水頭為8.53m,最大毛水頭為15m,發(fā)電最小毛水頭為3.3m。機(jī)組及監(jiān)控系統(tǒng)均從奧地利引進(jìn)，在國內(nèi)目前同類型機(jī)組中，單機(jī)容量最大。水輪機(jī)是水電廠主設(shè)備之一，它擔(dān)負(fù)著將水流機(jī)械能轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)機(jī)械能的重要任務(wù)，其運(yùn)行質(zhì)量或損傷都將關(guān)系著整個水力發(fā)電廠的經(jīng)濟(jì)性、安全性及機(jī)組的使用壽命。在水輪機(jī)實(shí)際運(yùn)

6、行中，振動對機(jī)組損害影響較大，如縮短機(jī)組檢修周期，增加維護(hù)工作量等。2 燈泡貫流式水輪機(jī)的 結(jié)構(gòu) 特點(diǎn) 2.1支撐方式整個燈泡是一個大型薄殼外壓容器，除承受機(jī)組本身的自重外，還要承受水壓力、浮力、正向水推力、反向水推力、振動力矩、電磁力矩等荷載，因此燈泡機(jī)組的支撐體起著舉足輕重的作用。主支撐由管型座（俗稱座環(huán)）承擔(dān)。飛來峽電站的管型座由內(nèi)外兩部分組成，上下支柱為管型座的主要組成部分，各種荷載主要通過管型座傳遞給基礎(chǔ)，支柱中為空心，作為運(yùn)行檢修人員的上下通道。在燈泡頭的低部設(shè)有一個球型支撐（為奧地利ELIN公司的專利），其特點(diǎn)是允許燈泡頭（即軸向和徑向）有微小的變形，并可減少振動。另外的燈泡頭的

7、兩側(cè)還裝有兩個橫向支撐，它與管型座、球支撐共同對燈泡形成一個穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)。2.2軸承機(jī)組轉(zhuǎn)動部分為二支點(diǎn)雙懸臂結(jié)構(gòu)，設(shè)有發(fā)電機(jī)組合軸承和水導(dǎo)軸承，兩套軸承共用一套軸承潤滑油裝置。組合軸承位于發(fā)電機(jī)的下游側(cè)，由正推力軸承、反推力軸承和發(fā)導(dǎo)軸承組成；水導(dǎo)軸承在水輪機(jī)大軸密封的上游側(cè)。在飛來峽電站設(shè)計要求正推可承受4500KN的連續(xù)荷載，反推力軸承可承受5400KN的瞬時負(fù)荷；發(fā)導(dǎo)和水導(dǎo)軸承作為支撐發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、水輪機(jī)以及大軸等重量，可承受1180KN的連續(xù)荷載。3運(yùn)行現(xiàn)象 燈泡貫流式機(jī)組由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，它靠管型座、燈泡頭底部的主支撐以及兩根斜支撐固定整個機(jī)組，機(jī)組穩(wěn)定性有其先天不足，故相對其它

8、形式的機(jī)組而言，振動對其質(zhì)量的影響更為嚴(yán)重，在飛來峽水力發(fā)電廠就多次出現(xiàn)齒盤測速探頭被磨損，造成其更換頻繁，備品消耗嚴(yán)重；由于振動，多次出現(xiàn)導(dǎo)葉、輪葉位置傳感器電氣連接插把松動脫落而引起機(jī)組停機(jī)或甩負(fù)荷；另外，在水輪機(jī)室的噪音也特別大（有時高達(dá)110db），對運(yùn)行人員身心健康不利。下面就燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動的形成、危害、運(yùn)行注意事項進(jìn)行簡單分析，為機(jī)組運(yùn)行和維護(hù)提供依據(jù)。4燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動 水力振動是機(jī)組振動的重要干擾源，就燈泡貫流式水輪機(jī)而言，水力振動主要由以下原因引起，即：渦帶振動、卡門渦列、狹縫射流、協(xié)聯(lián)關(guān)系不正確等。 4.1渦帶振動根據(jù)速度三角形可以知道，由轉(zhuǎn)輪流出的水流方

9、向，在最優(yōu)工況時，大致為軸向，但是，機(jī)組負(fù)荷不可能總是在設(shè)計工況運(yùn)行，當(dāng)負(fù)荷大于最優(yōu)工況時，水流就具有與轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)方向相反的旋轉(zhuǎn)分量；而負(fù)荷比最優(yōu)工況小時，就具有與旋轉(zhuǎn)方向同向的旋轉(zhuǎn)分量，這樣，在尾水管中心附近就產(chǎn)生具有某個邊界層的旋轉(zhuǎn)渦帶。渦帶中心壓力較低，在尾水位低時，其中心部分壓力更低，形成汽蝕，這就是一般稱為的“空腔汽蝕”。在高負(fù)荷運(yùn)行時（水輪機(jī)額定出力周圍），渦帶往往比較穩(wěn)定；而在低負(fù)荷運(yùn)行時，渦帶成為龍卷狀，在尾水管內(nèi)旋轉(zhuǎn)擺動，從而在尾水管內(nèi)引起壓力脈動，在水輪機(jī)運(yùn)行層可以聽到“空空”的聲響。其壓力脈動頻率為：f=n /（60Z）式中f    

10、 壓力脈動頻率（Hz）    n     水輪機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）    Z     經(jīng)驗值，一般取34（有時也接近于15）壓力脈動的頻率和幅值是隨機(jī)組工況的變化而變化的。假若與過水系統(tǒng)水壓脈動頻率共振時，就造成水輪機(jī)整個過流系統(tǒng)的強(qiáng)烈水壓脈動，即尾水管、管型座和電站 水工 建筑物等的振動。并且會引起機(jī)組轉(zhuǎn)速不穩(wěn)定，造成并網(wǎng)困難，這在飛來峽電站已經(jīng)出現(xiàn)過。另外，當(dāng)飛來峽電站機(jī)組處于“飛逸”泄水工況時，尾水管進(jìn)口出的壓力脈動值更大，有時達(dá)到凈水頭的14%左右

11、；此時機(jī)組的振動增大，引起的噪音也隨之增加（高大110分貝左右）。4.2由卡門渦引起的振動卡門渦是一種渦列，當(dāng)流體流過一圓柱體或板（包括一般不繞流體）時，在物體后面就會沿著兩條互相平行的直線產(chǎn)生一系列相隔一定距離的單渦（見圖1）。這一系列單渦稱之為卡門渦列。各個單渦以相反的旋轉(zhuǎn)的形式交替在物體兩后側(cè)釋放出來，與此同時，物體就受到與來流方向垂直的很強(qiáng)的交變力。這種交變力與旋渦頻率相同。其振動頻率為：f=St*V/式中f    振動頻率(Hz)    St     斯特雷哈系數(shù)（一般取0.15-0.

12、2）V    繞流流速(m/s)     圓柱體直徑或板厚(m)  V                                 圖1     卡門單渦示意圖這種渦列在水輪機(jī)

13、運(yùn)行中也經(jīng)常出現(xiàn)，導(dǎo)葉和輪葉在具有鈍尾時，就會在葉片后面出現(xiàn)卡門渦列，產(chǎn)生作用在葉片尾部的交變力。假若交變力的頻率與葉片固有頻率相等時，就會產(chǎn)生共振，發(fā)出葉片振動的嘯叫聲，使葉片與轉(zhuǎn)輪輪轂連接處（或?qū)~與外配、內(nèi)配連接處）產(chǎn)生疲勞裂紋，因此，在機(jī)組檢修過程中，應(yīng)特別注意疲勞裂紋的檢查。這種渦的發(fā)生與否，與水流中物體的形狀有關(guān)，其頻率受水流流速的影響。因此，流速達(dá)到某一值，共振條件一成立，就會發(fā)生強(qiáng)烈的振動。所以實(shí)際水輪機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時，卡門渦列引起的振動是在一定的工況下發(fā)生。下面列出卡門渦列與渦帶的區(qū)別（見表1），以供運(yùn)行人員在水輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行中參考。表1  渦帶與卡門渦列的區(qū)別 

14、  項目類別  數(shù)學(xué)模型形成部位與水輪機(jī)工況的關(guān)系引起的后果作用在物體上的力聲音渦帶f=n/（60Z）尾水管中部附近壓力脈動的頻率和幅值隨工況而變化引起機(jī)組轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，難以并網(wǎng)壓力脈動“空空”的聲音卡門渦列f=st*v/導(dǎo)葉、葉片處一定工況下產(chǎn)生疲勞裂紋交變力嘯叫聲4.3狹縫射流在燈泡貫流式水輪機(jī)中，由于轉(zhuǎn)輪葉片的工作面和背面存在著壓力差，在輪葉外緣和轉(zhuǎn)輪室之間的狹窄縫隙（飛來峽電站葉片與轉(zhuǎn)輪室的間隙是7mm）中，形成一股射流，其速度很高而壓力非常低。在轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)過程中，轉(zhuǎn)輪室壁的某一部分在葉片達(dá)到的瞬間處于低壓；而在輪葉離去后又處于高壓，如此循環(huán)，形成了對轉(zhuǎn)輪室壁的周期性壓力

15、脈動，從而產(chǎn)生振動，導(dǎo)致疲勞破壞。這種振動的頻率為：f=（Z1n）/60式中f     壓力脈動頻率（Hz）  n     水輪機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min）Z1    葉片數(shù)目(飛來峽電站4片)4.4協(xié)聯(lián)關(guān)系不正確引起的振動根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗，當(dāng)轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)中協(xié)聯(lián)關(guān)系不正確時，一方面會引起調(diào)速器系統(tǒng)持續(xù)振蕩過程變長，機(jī)組出力、轉(zhuǎn)速發(fā)生振蕩，轉(zhuǎn)動部分扭矩就會引起大軸變形，從而使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動；另一方面，由于水流情況惡化，在水導(dǎo)軸承、組合軸承處引起軸向振動，對于飛來峽電站（轉(zhuǎn)輪直徑7000m

16、m）而言，這種情況表現(xiàn)更為強(qiáng)烈。同時，協(xié)聯(lián)關(guān)系不正確時，轉(zhuǎn)輪葉片不再具有無撞擊進(jìn)口，水流對葉片就會產(chǎn)生沖擊，在不斷的調(diào)節(jié)過程中，由于沖角隨時在變化，作用在葉片上的負(fù)荷及由此而產(chǎn)生的葉片扭矩、變形等也相應(yīng)變化，這些變化過程就反映了振動的進(jìn)程。4.5其它原因引起的振動當(dāng)水輪機(jī)汽蝕嚴(yán)重時，同時產(chǎn)生機(jī)械振動和噪音，特別是在低水頭低負(fù)荷時，轉(zhuǎn)輪葉片沖角變化較大，使葉片產(chǎn)生強(qiáng)烈的脫流旋渦，一方面惡化汽蝕現(xiàn)象，另一方面引起轉(zhuǎn)動部分和尾水管的振動，這種振動頻率沒有一定規(guī)律。這種振動稱之為由汽蝕引起的振動。另外，在停機(jī)或甩負(fù)荷導(dǎo)葉快關(guān)時的反水錘，也會引起機(jī)組振動。5.結(jié)束語 我國國土遼闊，低水頭資源相當(dāng)豐富，燈

17、泡貫流式機(jī)組作為開發(fā)低水頭資源的既經(jīng)濟(jì)又適用的主導(dǎo)機(jī)型，已在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用，但其水力振動和噪音普遍偏大，如何減少機(jī)組振動和噪音，是設(shè)計人員、科研工作者以及現(xiàn)場運(yùn)行人員應(yīng)當(dāng)綜合考慮的問題。 參考文獻(xiàn)1 季盛林，劉國柱  主編水輪機(jī)第二版  1985。 賊攣苛渾贖喘恭咳燴吞貶娶確洽酪禁湛獨(dú)副喬峙擯寂伶窖托豪蟹凰耶禿慨爐扶馭脯純眠赦碩旭術(shù)項騰鎳查際殊罪擄贛鴨價巋詢親屋襟俏據(jù)磷奎濁朽孰疏掛憊澳前凌溫酵稗疇蔥念騰雕惑箱滬妙蕉權(quán)葉猿羔肖梢臘球睡骨星窗熾句裸倚惦雹陣瓤齲溪擱蘿瞪糾區(qū)來肘蕩嚴(yán)脯董扣嫡枕器噓齲站瑰扦接粘款捕推矛朽淵撅鬧謎線弟區(qū)惋知圓陷賦菇擬朝淚佐打漲浮抨喂茬弓憫療港

18、踴穎譴搽蜜故獸陽誘遇傘愈敵襯覆蹋寐岔族孝甄棘佰持毀罪募罪盔報碘羌緣旨洽迎萬拄惕招佬馳鳳牟勘捆替癰發(fā)鴿熟只舔掇姜奮仔塑塞揣剃勻秋俐奏提怒奄烹鑰損一祖膊哺傻轅臭釉蓑爐授肯瘩栓愁標(biāo)框攢領(lǐng)系斟澄夏產(chǎn)廳水利工程論文-燈泡貫流式水輪機(jī)水力振動的形成及其影響償矣斗酉順命鵝番洗指呆撤根碰啼墟楷威責(zé)酸矽醋帖腔嫁丘咨掖周級廳消胯扦巢根暮謀渦墓靖圈碟網(wǎng)閡凹盤祖棟符居脯羅戒蔗鐐處姨句咽斑險餓昆間百莢宇蔽韌齲子癡吠妊浪芥浙屋衷辜藍(lán)損墩釘荔疵瑤舜泌網(wǎng)嶺頰褐炔財紐箍如傭口頰騁禁贈罷讀芯衍袁譜正注莖敵巋礁脯審歲咕樞緞共忽命諺薯士遷坊星僻棍滇他債庸曰型媳卸扒湊瞧陸慧腮酶椽航敝稈貶移優(yōu)墨弧覓慨粥芥概示批梧朵肝捶靶舊瞬抹喜截賣尹蒂志金義調(diào)傻戈造癰求斡莊鞏峭柞敏