影響燈泡貫流式機組振動的因素與建議

國家電投江西電力有限公司洪門水電廠 江西 鷹潭 335000

1 引言

水力發電是清潔型可再生能源，在當前的節能環保可持續發展戰略中得到越來越多的重視。隨著水利發電項目的增多，發電機組設備運行管理的問題成為發電企業關注和研究的重要內容。本文談了燈泡貫流式機組的振動問題，希望給相關人士參考。

2 燈泡貫流式機組的支撐特點

燈泡貫流式機組的構造特點是外面是燈泡型的薄殼外壓容器。因此發電機組除了要支撐本身的重量以外，還要承受外界環境中水流的壓力、推動力、浮力等負載。為了提高機組的整體支撐力，燈泡貫流式機組的管型底座連接大壩基礎，使機組的負載通過管型底座傳遞到大壩。燈泡頭部定子外殼的下部設置垂直球面的輔助支撐，同時在外殼的兩側分別設置水平球面的輔助支撐，通過不同位置不同方向的輔助支撐使得燈泡貫流式機組的整體支撐力更強。

3 燈泡貫流式機組振動因素

機組氣蝕：當液體氣化發育成空穴時會破壞液相流體的連續性，此時當空穴進入到壓力較低的區域時，就會逐漸生成大型氣泡，這些大型氣泡被流體攜帶到壓力高于臨界值的區域時，氣泡破滅，隨之引起空蝕。因機組槳葉葉片外邊緣和轉輪腔室之間存在縫隙，這些縫隙區域很容易發生空蝕，槳葉葉片處于高低壓循環過程中，對轉輪室內壁產生周期性的壓力波動，引起機組振動。

卡門渦列：卡門渦列的存在伴隨著交替性旋轉，在渦列不斷形成和消失的過程中，機組設備與液體流動方向極容易產生垂直交變的振動力，在這一振動力的作用下，設備振動頻率會與漩渦的頻率趨同化。在水電機組的運行過程中，槳葉和導葉極容易磨損產生鈍尾現象，是容易出現卡門渦列的部位，當出現卡門渦列時，槳葉或導葉的葉片尾部受到交變的振動力，繼而發生同頻共振。

參數設置：燈泡貫流式發電機組采用的槳葉導葉運行方式是雙重調節的方式。如果兩種葉片的參數設置不合理，就會導致發電機組的出力受到限制，難以實現機組最優的運行工況。只有將導葉和槳葉的參數進行協同，才能是水輪機的槳葉和導葉開度更好地適應發電機組負荷變化，這樣才能使水輪發電機的水力損失最小，使發電機組的運行工況更接近最優工況。但在實際生產運行中，漿液和導葉的參數設置不當，難以形成協同性，水流對對和轉輪葉片產生較大沖擊，槳葉角度不斷變化，隨之產生的葉片扭矩也發生變化，這是導致機組徑向振動的主要原因。

其他原因：除了上述原因以外，水輪發電機組在低負荷運行狀態下，由于轉輪葉片的沖角角度變化增大，因此會造成葉片運行過程中產生強烈漩渦，引發機組氣蝕，這樣的情況也會導致發電機組尾水管和轉動部件的振動。另外，當發電機組的上游下游水位波動差出現較大變化時，或者上游攔污設施清理不及時出現堵塞，導致上下游壓力差加大，以及發電機組調速器水頭設置的情況偏離實際情況，這些原因也會引起發電機組振動故障。

4 燈泡貫流式機組振動的處理建議

針對上述燈泡貫流式發電機組振動的原因，在實際的生產運行中，工作人員可采取以下處理措施：

首先，燈泡貫流式發電機組應盡量避免做動態控制。根據實際的發電機組運行經驗來看，當發電機組運行處于相對靜態的工況時，此時水力流態處于正常的狀態，同時發電機組的運行負荷平穩，發電機組的運行穩定性為機組的生產效率提供了有力條件。當發電機組運行處于相對激烈的工況時，此時水力流態處于激烈不穩定的狀態，發電機組的運行負荷需要進行適應性調節，因而這種狀態下的發電機組運行穩定性差，機組振動變得明顯，對發電機組設備使用壽命和生產效益不利。根據國家電力監管部門的規定，貫流式機組關于AGC方面的功能強制性要求已經取消了，因此，對于水電企業來說，燈泡貫流式水輪發電機組可以盡量減少負荷的波動，避免負荷波動做出的適應性調節，從而降低發電機組參與系統動態控制和負荷頻繁調節調節而引發的振動事故發生頻率。

其次，燈泡貫流式發電機組運行過程中應盡可能避開振動區，這就要求機組各個設備在協聯的工況下運行。由于發電機組運行過程中，水利振動和機組自身的振動是無法絕對避免的，因此只能增強機組各個設備運行的同步頻率，通過調整各個設備運行的協同性，優化運行參數，避免機組進入到運行振動區。通常采用的辦法是采用在線監測系統對發電機組設備進行振動參數的監測，通過實時收集發電機組振動情況的數據信息，便于供技術人員進行分析，根據發電機組設備的運行機理和運行特點做出決策。如當監測到發電機組軸承出現異常振動信號時，技術人員可通過適當降低運行負荷的辦法來減小振動。還可以適當增加漿葉開度，使槳葉周邊的異物被沖走，提高槳葉運行通暢率，減少振動。通過在線監測系統發現機組振動異常信息，及時調整運行參數，使發電機組離開振動區，保障發電機組運行的安全性和平穩性，延長發電機組的壽命并提高發電效率。

其三，加強燈泡貫流式發電機組的日常檢修。注意檢查機組設備中容易出現振動的部位，采取專業的檢測儀表設備對水電機組設備或部件進行進行探傷的檢測，確保發電機組設備部件正常無損，避免發電機組在運行過程中出現事故。定期做好河道清渣工作，提高對攔污設施雜物清理的頻率或采用自動清渣設備，減少河道污渣進入到機組生產區域，避免引起機組振動故障。

5 結語

綜上所述，燈泡貫流式水輪發電機組運行的是否安全和平穩直接關系到發電機組設備的使用壽命以及發電企業的生產效益。在實際的生產過程中，發電企業及技術人員應充分重視水輪發電機組的振動異常，通過對引起發電機組振動的影響因素進行分析，研究和制定發電機組振動故障的處理和防控策略，如此，才能更好地減少燈泡貫流式水輪發電機組振動故障，提升設備運行的安全性。