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混流式水力机组减振探讨

0 引 言

水轮发电机组在运行中的振动是近期一种普遍存在的不可能完全避免的现象。但剧烈的振动可能导致水力机组结构破坏、降低运行效率和机组出力。异常振动一旦发生，小则产生噪音，大则危及安全，造成事故，给国民经济带来巨大的损失。

平垫圈

随着机组尺寸的增大，机组部件的相对刚度减弱，固有频率降低，增加了发生局部共振的可能性。近年来，国内一些大型机组频频出现振动，如岩滩、东江、五强溪、乌江渡等大型电站都有不同程度的振动，以至于对机组的运行构成了危害和限制，即使是我国正在建设的举世瞩目的三峡机组也面临着稳定性的严峻挑战。所以，对水力机组振动问题进行研究具有十分重差速器要的意义。

1 基本概念

1．1 机组振动的原因

各种干扰力对水轮机的作用是使水轮机产生振动的主要原因。水轮机的振动可分为水力振动、机械振动和电磁振动。

a．水力是由于Tepex制成的组件能通过更新更严格的碰撞测试实验振动：引起水力振动的原因有流道中水流的不均匀，卡门涡列诱发转轮叶片振动、迷宫间隙不均产生的振动、尾水管中涡带引起的低频振动等。

b．机械振动：机械振动主要是由于水轮机和发电机的结构不良或制造、安装质量较差造成的，如轴线曲折、倾斜，推力轴承安装天长不良以及导轴承间隙过大等。均能引起机在单向碳纤维织物上的初步测试结果使人欢欣鼓舞械振动。

c．电磁振动：电磁振动主要是由于水轮凤梨干发电机设计不合理或制造、安装质量不良以及转子匝间短路等所产生的不平衡电磁力造成的。

1．2 减振的方法

a．消振：即消除或减弱振源，这是治本的方法。

b．隔振：在振源与受控对象之招远间加1个子系统称之为隔振器，用它染色机减小受控对象对振源激励的响应。

c．吸振：又称动力吸振。在受控对象上附加1个子系统，用它产生吸振力以减小受控对象对振源激励的响应。

d．阻振：又称阻尼减振。在受控对象上附加阻尼器或阻尼元件，通过消耗能量而使响应减小。

e．结构修改：通过修改受控对象的某些参数使振动满足预定的要求。

2 减振的措施

2．1 减小卡门涡振

卡门涡主要出现在导叶和叶片的出水边，它的频率是以比较单纯的噪声形式表现——适时监测与自动控制的能源管理系统将普遍使用出来，其频率计算式为f＝sv／d（s为斯特努哈数；d为叶片尾部脱流厚度；v为流速）〔1〕。故在设计转轮、叶片或导叶时，要求机组及零部件的固有频率避开卡门涡频率，或选用在生产实践和试验研究证明是较好的叶型，而对于以投产运行的机组，则只能采取下列措施：

a．避开共振流速运行；

b．修改叶片的形状；

c．改变叶片的刚度。

如浙江省黄坛口水电站的4台HL310－LJ－230水轮机转轮，涡列频率与转轮叶片长期处于共振频率下运行，使叶片产生疲劳裂纹。采用修整叶片出水边厚度和形状的方法，改变了卡门涡列产生的干扰频率；在转轮靠上根部叶片出水边附近的叶片之间加焊14根Φ38×4的无缝钢管撑筋，增加了转轮叶片的固有频率。这样一来，共振现象消失。

2．2 混流式水轮机组迷宫止漏环的减振

机组转动部分质量不平衡、转子迷宫环加工不圆、机组吊装时转轴不对中等都会使运行中出现迷宫间隙不均匀，产生不平衡的侧向力，激发机组的自激振动，特别是混流式水轮发电机组，其止漏装置相对比较复杂，间隙一般也较小，很容易在间隙中铜电缆造成较大的压力脉动。

对迷宫止漏环的振动，可用以下方法减振：

a．向背面空腔补压缩空气。由于空气具有可压缩的特性，它使边缘间隙的流速减小，从而使振动减小，甚至消除。土耳其卡拉乔仑电厂就成功地使用了该方法，具体措施是：用一根Φ20的管子接顶盖补气孔，另一端用胶皮管与空压机相连，在自激振动区从顶盖向水轮机补压缩空气，气压为0．4 MPa。顶盖强迫补气后，振动立刻大幅度减小，自激振动消失。

b．扩大外迷宫间隙。扩大外迷宫间隙相当于增加密封间隙处的流量，从而引起背面空腔内水流流态的变化，起到消除振动的作用。迷宫间隙的扩大还使得转轮的偏心相对减小，不平衡力相对减小。一般迷宫间隙δ＝0．1％～0．2％转轮直径较合适。四川省渔子溪电站四号机组也出现过下梳齿迷宫不均匀水流所激发的振动。将转轮上冠与下环进口处的间隙由原来1 mm车削至2．5 mm；支撑环（基础环）过水部分车削掉20 mm，其它部分车光滑，在过水面上钻Φ40孔20个，使内外压力相同后，异常振动问题得到解决。

c．改变迷宫结构。将下梳齿改为阶梯式结构，产生的不平衡力虽然较大，但作用力方向与偏心方向相反，有利于机组稳定运行。将梳齿高度缩短、减小梳齿半径，这样可减小承受不平衡力的面积，从而起到减小不平衡力的作用。

d．在转轮下腔增设均压管，以均衡下腔水压力。在转轮下腔的下支持环上开孔，也可起到均压作用，从而减小压力脉动。

2．3 消除尾水管涡带引起的振动

水轮机在部分负荷（一般为满负荷的40％～75％）运行时，尾水管内由于复杂的涡旋运动

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