水輪機穩定性影響因素分析與優化策略

黃士源 陳晨

摘 要：近些年來，水輪機機組設計容量與尺寸呈現增大趨勢，與之相應的水輪機組轉速也隨之逐步提升。然而在實踐應用，如何保證水輪機組安全穩定運行，則成為了當前相關人員高度關注的話題。本課題主要以水輪機為主題，在闡述水輪機穩定性影響因素的基礎上，提出了優化策略，旨在保障水輪機組的安全穩定運行水平的提高。

關鍵詞：水輪機組；穩定性；影響因素；優化策略

Abstract： in recent years， the design capacity and size of hydraulic turbine unit presents an increasing trend， and the corresponding speed of hydraulic turbine unit also increases gradually. However， in practical application， how to ensure the safe and stable operation of water turbine unit has become a hot topic concerned by relevant personnel. This topic mainly takes the water turbine as the subject， in elaborates the water turbine stability influence factor in the foundation， proposed the optimized strategy， aims at the safeguard water turbine unit's safe stable movement level enhancement.

Keywords： water turbine unit； Stability； Influencing factors； Optimization strategy

社會經濟的快速發展，社會現代建設事業也取得了可喜成績。就以水電站事業而言，近些年來，水電站建設規模進一步擴大， 進一步緩解了國家用電壓力。水輪機作為水電站重要組成設備，在水電站建設規模不斷擴大的同時，其尺寸與容量也是日漸增大，可最大限度提高水電站運行效率。然而隨之而來的是水輪機穩定性無法保障，致使水電站運行效率的提高受到影響。如何優化水輪機設計與生產，保障水輪機安全穩定運行，逐漸成為了當前相關研究人員與建設人員重點思考的問題。基于此，本文立足于水輪機穩定性提升展開分析影響運輸與優化策略，對促進我國水電站進一步發展具有著重要現實意義與理論價值。

1.水輪機運行穩定性主要影響因素分析

1.1水力影響因素

水輪機在實際運行中，受到水力因素的影響，主要集中包括以下幾點內容。一是扶流翼末端出現卡門漩渦，水輪機轉輪葉片受此影響，將會出現被迫性振動，這種外來作用力的振動，長期保持這個狀態，將會直接影響到轉輪葉片，輕則出現裂縫，重者斷裂。二是水輪機組的設計標準與實際運行狀況不相符合，造成在實際運行中，水輪機組出現了諸多不符之處，經常性出現脫流等問題，致使水輪機組的正常運行狀態難以持續維持。

1.2設計影響因素

水輪機組的安裝，當中重要一環節就是設計工作，并且具體的安裝，也是在設計要求下完成的，意味著設計質量對水輪機組安全穩定運行具有著決定性的影響。水輪機組設計中的問題，結合筆者工作經驗，在查閱大量與之相關文獻資料的基礎上，總結起來，設計方面的影響因素，主要有以下幾個方面的內容。一是過流部件的影響。在水輪機組運行中，過流部件在受水流壓力的影響下，將會出現不同程度的彈性形變，同時在水流的夾擊下，水輪機組在水中的每一個部件會出現不同程度的振動，一旦振動頻率與部件自身頻率保持一致，將會進一步增強振動效應，這過大的振動效應，會直接影響到水輪機組的穩定運行，同時也會在實踐運行中，會由于振動產生較大的噪聲污染。二是水輪機轉輪生產工藝。在設計符合要求的情況下，加工行為不符合具體質量要求，將會出現焊接誤差等問題，致使水輪機組實際運行會出現振動問題。三是迷宮環加工問題。在此環節的問題，主要迷宮環加工問題，出現了橢圓度過大等問題，致使迷宮間的間隙隨之擴大，進而容易引發水輪機組產生振動問題，最終影響到水輪機組的穩定運行。

1.3水輪機構件質量影響因素

水輪機構件自身質量問題，也會直接影響到水輪機組的質量，在質量無法保障的情況下，水輪機組的安全穩定運行，勢必會是一個重大問題。例如，導軸承不符合國家現行標準，將其應用在水輪機當中，將會影響到水輪機的質量。除此之外，導軸承安裝不同心情況下，也會影響到水輪機組的正常運行。同時，導葉開口值的不均勻，引發水輪機振動問題。

2.水輪機穩定運行水平有效提升的具體策略

2.1水輪機設計水平的提高

水輪機組的安全穩定運行，第一步操作就是做好水輪機設計工作，并保證設計質量。首先，設計人員需具備相應的設計專業知識與專業素養，方可將自身具備豐富專業設計知識應用在設計工作中。同時，廣泛吸進具有專業素養的人才，為提高設計質量夯實基礎。其次，近些年來，我國科技的發展，不斷有先進技術廣泛應用在設計當中，尤其是CFD技術，將其與模型實驗技術相結合應g用在設計中，可優化導葉、轉輪葉以及泄水錐等與之相關的構件，可進一步提高水輪機尾部脈動控制效果。

2.2水輪機管理水平的提高

管理工作的開展，可一定程度上提高水輪機組的運行效率，并且保證水輪機組時刻處于一個“健康”狀態下，進而可最大限度延長水輪機組的使用年限。因此，在實踐中，要想真正有效提高水輪機組整體運行效率，需做好日常管理工作。首先，相關管理人員需保證水輪機組在額定范圍內工作，不得出現超限度工作。其次，運行需盡可能避免振動區域，通常情況下，水輪機組運行場所，主要有兩個振動區域，需借助較快的速率啟停設備，方可讓水輪機組躲開振動區域。除此之外，管理人員需要全過程加強水輪機運行的監測，實時發現出水輪機組運行中潛在的問題，提前制定措施予以解決，方可保證水輪機組安全穩定運行。

2.3做好水輪機組質量控制與維護工作

對于水輪機組安全穩定運行而言，其質量有著決定性的影響。因此，有必要加強水輪機組產品質量控制，意味著在實踐中，相關質量管理人員需要結合現行相關管理制度，保證通路部件的剛度，避免水下工作出現變形。同時，做好水輪機組設計質量控制工作，從源頭上降低水輪機組質量問題發生的幾率。除此之外，在水輪機組質量具有保障的情況下，就需要加強水輪機組的維護工作，方可保證水輪機組長期處于一個安全運行狀態中。維護工作，主要涉及到水輪機葉片、轉輪以及一些較容易磨損的構件，針對上述構件進行重點維護，出現磨損，需及時更換，或者是補焊，在此過程中，需要避免出現構件變形，方可維護工作質量。在完成補焊之后，還需要進行必要的無損檢測時，待檢測無誤之后，方可將檢修后的水輪機組投入使用。只有這樣，才能真正意義上保證水輪機組安全穩定運行。

3.結語

總之，近些年來，我國水電站建設事業發展迅速，水輪機設計與生產呈現大容量、大尺寸發展趨勢。因此，有必要通過提高水輪機設計水平、做好水輪機組質量控制與維護工作等有效舉措，才能讓水輪機安全穩定運行。

參考文獻：

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[3]楊 明，格 桑.水輪機穩定性影響因素分析與優化策略[J].建筑工程技術與設計，2018，（18）：4365.

作者簡介：

黃士源（1998—），女，漢族，河南周口，本科，研究方向：能源與動力工程。

陳晨（1998—），女，漢族，四川成都，本科，研究方向：能源與動力工程（汽車發動機）。