水轮机稳定性影响因素分析与优化策略

杜长根

(广东鸿源众力发电设备有限公司，广东 韶关 512031)

目前我国水轮发电机组的发展方向是大容量和高速率。但是我国目前的冶金技术发展跟不上水轮机对制造材料的要求，制造的水轮机硬度达不到要求。

加上我国自动化技术的发展进步，各行各业都在追求高自动化，目前我国的绝大多数的水电站都采取了自动化运行的模式，很少需要工作人员来操作。因此对水轮机的稳定运行这一硬性要求更高。

本文就介绍“混流模式”的水轮机，介绍了几种影响水轮机运行稳定的因素，通过解决这些因素并根据实际运行环境，对水轮机的发展提出几点建议。

1 水轮机的稳定性和必要性的意义

评定水轮机好坏的三个重要指标，一是水轮机的能量，二是水轮机的空化。三是水轮机的稳定性。

其中水轮机的能量和水轮机的空化很容易判定，同时对水轮机进行一定程度的挖掘能够降低水电站运维的资金损耗，增加水电站的收成。

因此现阶段水轮机的设定很注重水轮机的能量和空化，就这两个指标投入研究更大。

而水轮机的稳定性主要是影响也水轮机的运作安全，但是目前对水轮机设计中对水轮机的稳定性重视程度不够，并且影响水轮机稳定性的因素较多，解决对策不足，所以目前在水轮机设计当中对稳定性的研究比较浅。

Shippers’ Port Choice in Terms of Customer Satisfaction

水轮机在运作的时候，它的震动幅度是我们检测水轮机稳定性的一个重要指标，包括水利震动和机械震动。

水轮机在运行过程中它的不稳定指数超过安全指数后，超额的震动会导致水轮机内部细小零件的松动甚至是脱落，很多程度上会造成水轮机内部零件出现裂纹，同时震动的频率如果和厂房频率相同，也会造成厂房产生共振现象，造成厂房坍塌，进而威胁工作人员的生命财产安全。

近些年我国工业经济发展，电力需求加大，水利发电电厂都改为使用大功率的水轮机发电，大功率的水轮机在发电时更容易产生的共振现象。

这些都会影响水轮机的使用寿命和水电站的安全，因此，现阶段水轮机在设计生产当中也要注重水轮机稳定性的研究。

2 影响水轮机稳定性的几个因素

影响水轮机稳定性的多个因素当中，水轮机设计的缺陷是最为严重。

在水利发电中，最理想的状态是水轮机的转轮出水口水流应该是近法向流出，通俗的说就是水流从出水口进去多少，就从出水口流出多少，如果水轮机在工作当中，出水口的水流量要小于进水口的水流量，那么水流就会在水轮机当中形成环流，这时就较为容易让水轮机产生振动现象，就会危及水轮机的安全。

另外，水流中不稳定的水利流动也会让机组偏离设计初衷，它也会影响水轮机的进水口和出水口的叶片，严重的会造成叶片脱落和产生裂缝，但是这种因素影响较小，大多数会形成水流噪音。威胁程度相对来说比尾水管压力脉动和卡门涡列较小。

水轮机在制作和建设中应该注意像顶盖和底环这些过流零件对刚度的要求，如果这些材质的刚度较低，水轮机在运行过程中，流道中水流长时间对水轮机叶片的作用会导致部分叶片产生裂痕从而影响水轮机的正常运行。

同时，水轮机叶片制作的工艺也会影响水轮机的稳定性，如果流道中叶片的线型加工不精准、焊接技术达不到要求，会造成叶片受力不均，从而产生振动危及水轮机的稳定性。

水轮机的安装步骤和要求也是影响水轮机稳定性的重要因素之一，在安装水轮机过程中，一定要让每一个水轮机的导轴承在同一条轴心上，水轮机做的轴心不正的话也会造成转轮迷宫环间隙分布不均从而造成水力振动，同时也会造成轴系上产生旋转横向力和脉动轴向力，这些都会让轴承产生对应方向的机械震动。

3 提升水轮机稳定性策略研究

3.1 完善设计方案，提升设计水准

完善的设计方案是保证水轮机稳定的重要保障，所以为了提高水轮机运行的稳定，水轮机的设计师在设计水轮机时要具有更高的专业水准和更高端的专业目光。

目前，我国就水轮机的设计来说和国外在很多的设计思想上不谋而合，现在最为普遍的是计算流体动力学分析技术(CFD)和模型试验。

设计师在设计水轮机的过程中，应该以计算流体动力学分析技术和模型试验为基础，应该优化水轮机的流道中的导叶翼型、转轮叶片翼型和泄水锥，减少水轮机产生卡门涡列，降低尾水管中心偏心涡带和尾水管压力脉动幅度。

3.2 提高品质，增强维护能力

除了在设计方案中提高设计水准，在提高水轮机的稳定性方法还有以下几种：

(1)增加水轮机零件制作工艺，减少水轮机在运作过程中扇叶变形的概率；

(2)在水轮机中转轮作为一个重要的零部件，它的稳定直接关系到水轮机的稳定，所以在设计转轮时要考虑不同负荷的水量对转轮的影响，降低水轮机产生共振的概率，让转轮和尾水管不容易发生共振现象。

(3)一些重要的零部件最好是使用不锈钢和一些高级材料制作，精确计算叶片的尺寸和形状，加大精确测量工具的使用，减少误差，同时也减少了转轮重量和叶片叶型造成的偏差引起的水力和机械不平衡从而产生附加的交变应力。

(4)增加水轮机的维护频率。在实际使用中，工作人员应当尽心尽责，做好自己的分内事，对水轮机的叶片、转轮这些重要零部件多做检测和维护，减少不必要的维护，间接的增加水轮机的谁用时间。

3.3 注重日常运维工作，保障水轮机工作稳定

水轮机在工作中，工作人员也该做好管理工作，细节决定成败，只有做好细节工作，才能增加水轮机的使用寿命，从而提供水利发电效率，增加发电量。具体的要做到以下三点：

(1)水轮机在工作时要躲避震动区域。水轮机在开启和关闭的时候要提高水轮机的转到速度，这种操作方法可以躲避震动区；

(2)水轮机的运作要在规定的时间内。目前我国的水电站都有调频调峰任务，要尽量保证水轮机的运行时间在水电站的发电要求时间中，但是在实际运作中往往很难保证，所以应该把运行时间控制在5%之内，避免超时运行而造成的水轮机寿命的减短。

(3)新一代的水轮机的操作模式较为多样，所以水轮机的运行时工作人员要时刻做好监督工作，要明确每一种模式的运行原理和结果。

4 总计

我国除了长江和黄河这两条母亲河，还有大大小小的上千条河流，我国地势东低西高，中西部地区海拔落差较大，形成很多个瀑布，水利发电相对于火力发电更清洁、更环保，因此水力发电在我国发电行业中所占的比重越来越大，这也促进了我国水力发电的技术的提高，所以在今后的水轮机的设计规划中，要重点考虑水轮机的稳定性，把水轮机的稳定考虑进水轮机的能量和空化量指标中，在水轮机的设计、生产以及安装中，要做到设计合理、生产严谨、安装细致，只有这样才能建立一个安全高效的水利发电站，输送更多的电力资源，铸就我国的经济建设走上新的台阶。

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