影响灯泡贯流式机组振动的因素与建议

国家电投江西电力有限公司洪门水电厂 江西 鹰潭 335000

1 引言

水力发电是清洁型可再生能源，在当前的节能环保可持续发展战略中得到越来越多的重视。随着水利发电项目的增多，发电机组设备运行管理的问题成为发电企业关注和研究的重要内容。本文谈了灯泡贯流式机组的振动问题，希望给相关人士参考。

2 灯泡贯流式机组的支撑特点

灯泡贯流式机组的构造特点是外面是灯泡型的薄壳外压容器。因此发电机组除了要支撑本身的重量以外，还要承受外界环境中水流的压力、推动力、浮力等负载。为了提高机组的整体支撑力，灯泡贯流式机组的管型底座连接大坝基础，使机组的负载通过管型底座传递到大坝。灯泡头部定子外壳的下部设置垂直球面的辅助支撑，同时在外壳的两侧分别设置水平球面的辅助支撑，通过不同位置不同方向的辅助支撑使得灯泡贯流式机组的整体支撑力更强。

3 灯泡贯流式机组振动因素

机组气蚀：当液体气化发育成空穴时会破坏液相流体的连续性，此时当空穴进入到压力较低的区域时，就会逐渐生成大型气泡，这些大型气泡被流体携带到压力高于临界值的区域时，气泡破灭，随之引起空蚀。因机组桨叶叶片外边缘和转轮腔室之间存在缝隙，这些缝隙区域很容易发生空蚀，桨叶叶片处于高低压循环过程中，对转轮室内壁产生周期性的压力波动，引起机组振动。

卡门涡列：卡门涡列的存在伴随着交替性旋转，在涡列不断形成和消失的过程中，机组设备与液体流动方向极容易产生垂直交变的振动力，在这一振动力的作用下，设备振动频率会与漩涡的频率趋同化。在水电机组的运行过程中，桨叶和导叶极容易磨损产生钝尾现象，是容易出现卡门涡列的部位，当出现卡门涡列时，桨叶或导叶的叶片尾部受到交变的振动力，继而发生同频共振。

参数设置：灯泡贯流式发电机组采用的桨叶导叶运行方式是双重调节的方式。如果两种叶片的参数设置不合理，就会导致发电机组的出力受到限制，难以实现机组最优的运行工况。只有将导叶和桨叶的参数进行协同，才能是水轮机的桨叶和导叶开度更好地适应发电机组负荷变化，这样才能使水轮发电机的水力损失最小，使发电机组的运行工况更接近最优工况。但在实际生产运行中，浆液和导叶的参数设置不当，难以形成协同性，水流对对和转轮叶片产生较大冲击，桨叶角度不断变化，随之产生的叶片扭矩也发生变化，这是导致机组径向振动的主要原因。

其他原因：除了上述原因以外，水轮发电机组在低负荷运行状态下，由于转轮叶片的冲角角度变化增大，因此会造成叶片运行过程中产生强烈漩涡，引发机组气蚀，这样的情况也会导致发电机组尾水管和转动部件的振动。另外，当发电机组的上游下游水位波动差出现较大变化时，或者上游拦污设施清理不及时出现堵塞，导致上下游压力差加大，以及发电机组调速器水头设置的情况偏离实际情况，这些原因也会引起发电机组振动故障。

4 灯泡贯流式机组振动的处理建议

针对上述灯泡贯流式发电机组振动的原因，在实际的生产运行中，工作人员可采取以下处理措施：

首先，灯泡贯流式发电机组应尽量避免做动态控制。根据实际的发电机组运行经验来看，当发电机组运行处于相对静态的工况时，此时水力流态处于正常的状态，同时发电机组的运行负荷平稳，发电机组的运行稳定性为机组的生产效率提供了有力条件。当发电机组运行处于相对激烈的工况时，此时水力流态处于激烈不稳定的状态，发电机组的运行负荷需要进行适应性调节，因而这种状态下的发电机组运行稳定性差，机组振动变得明显，对发电机组设备使用寿命和生产效益不利。根据国家电力监管部门的规定，贯流式机组关于AGC方面的功能强制性要求已经取消了，因此，对于水电企业来说，灯泡贯流式水轮发电机组可以尽量减少负荷的波动，避免负荷波动做出的适应性调节，从而降低发电机组参与系统动态控制和负荷频繁调节调节而引发的振动事故发生频率。

其次，灯泡贯流式发电机组运行过程中应尽可能避开振动区，这就要求机组各个设备在协联的工况下运行。由于发电机组运行过程中，水利振动和机组自身的振动是无法绝对避免的，因此只能增强机组各个设备运行的同步频率，通过调整各个设备运行的协同性，优化运行参数，避免机组进入到运行振动区。通常采用的办法是采用在线监测系统对发电机组设备进行振动参数的监测，通过实时收集发电机组振动情况的数据信息，便于供技术人员进行分析，根据发电机组设备的运行机理和运行特点做出决策。如当监测到发电机组轴承出现异常振动信号时，技术人员可通过适当降低运行负荷的办法来减小振动。还可以适当增加浆叶开度，使桨叶周边的异物被冲走，提高桨叶运行通畅率，减少振动。通过在线监测系统发现机组振动异常信息，及时调整运行参数，使发电机组离开振动区，保障发电机组运行的安全性和平稳性，延长发电机组的寿命并提高发电效率。

其三，加强灯泡贯流式发电机组的日常检修。注意检查机组设备中容易出现振动的部位，采取专业的检测仪表设备对水电机组设备或部件进行进行探伤的检测，确保发电机组设备部件正常无损，避免发电机组在运行过程中出现事故。定期做好河道清渣工作，提高对拦污设施杂物清理的频率或采用自动清渣设备，减少河道污渣进入到机组生产区域，避免引起机组振动故障。

5 结语

综上所述，灯泡贯流式水轮发电机组运行的是否安全和平稳直接关系到发电机组设备的使用寿命以及发电企业的生产效益。在实际的生产过程中，发电企业及技术人员应充分重视水轮发电机组的振动异常，通过对引起发电机组振动的影响因素进行分析，研究和制定发电机组振动故障的处理和防控策略，如此，才能更好地减少灯泡贯流式水轮发电机组振动故障，提升设备运行的安全性。