某抽水蓄能电站水泵工况启机时噪声分析与处理

杨恒乐，李青楠，高 鑫，张 浩，赵小浩

（河南天池抽水蓄能有限公司，河南 南阳 473000）

0 引言

某抽水蓄能电站1号机组自2023年1月投入商业运行以来，各工况下机组振动、摆度、瓦温、噪音等运行指标整体表现良好。在整组启动调试阶段水泵工况启动过程中，水泵水轮机处偶有传出啸叫声，持续时间较短，约为5~6 s左右；近期随着机组运行时间的增加，机组在水泵工况启动过程中频繁发出啸叫声，持续时间可达40 s左右，与此同时机组顶盖、水导等部位振摆值激增。机组在水泵抽水稳态、发电、调相等其他工况下均未发出类似异响。针对这一异常现象，需迅速查明啸叫声的来源，避免机械机构振摆、过水部件可能存在的空化空蚀对机组造成不可逆伤害。

1 噪音分析

针对1号机组水泵工况启机噪音，现场于4月4日、5月4日录制了启机过程音频，录制点选取在蜗壳层底环下部近转轮室处，对音频进行频谱分析以判断异响的来源和组成特性[1]。

由现场采集频谱图得出，前后月份水泵开机过程的音频成分整体稳定，主要由发电电动机传来的风噪频率：100 Hz、200 Hz等，以及2倍叶片通过频率：150 Hz等组成[2]。当啸叫声出现时，240 Hz及480 Hz、720 Hz等倍频频率成分开始突现。该频率成分与机组导叶和叶片（无叶区）的动静干涉频率并不匹配，需查找具体来源。

为确定240 Hz及其倍频噪声的源头，对5月4日监控系统水泵工况启机过程运行状态进行查询，调取啸叫声发生时段内压力脉动、顶盖振动、功率、导叶开度等曲线，如图1所示。

图1 5月4日水泵工况启机运行状态曲线

根据频谱图时间轴分布，在图1中框定出啸叫声持续时段，可以看出当水泵造压成功时（水泵功率增至-50 MW附近）啸叫声开始发现，活动导叶打开时啸叫声即刻停止。另在噪音发生初期，顶盖的水平和垂直振动出现明显突增后快速回归至较低振幅，这是由于水泵造压初期对顶盖的瞬态冲击所致[3]，属于正常现象；无叶区、顶盖与转轮间压力脉动在整个水泵造压过程中均维持在较高水平，随着活动导叶的开启，各点压力脉动值迅速降低，该现象与水泵造压特性吻合，亦属于正常。

再结合1号机组调试期间录制的水泵工况启机流程图（如图2所示）进行判断，在啸叫声发生期间，蜗壳排气阀、转轮排气阀均已经关闭，因而啸叫声的产生应与排气回水系统无关。另在此期间球阀正处于开启阶段，固啸叫声也非由球阀工作密封的退出所引起。

图2 水泵工况启机流程图

啸叫声仅发生在转轮憋压过程中，即水泵功率达到造压功率，且无叶区压力上升至造压压力时段。当活动导叶开启后，啸叫声立刻停止，因此啸叫声产生的根源应与无叶区的憋压息息相关。

已投2号机组在各工况下运行时均未发出过啸叫声，因此排除机组水力设计原因。对比2台机安装记录发现，1号机组接力器压紧行程约为1 mm，明显小于2号机组压紧行程1.7 mm。考虑导水机构各部件的加工制造误差、轴承安装间隙、机构动作摩擦力等因素，当前1号机组接力器压紧行程传递到活动导叶叶瓣上的压紧力可能不够充裕，且导叶水力设计为抽水方向趋开，导致转轮憋压过程中，无叶区内的高压水作用在活动导叶叶瓣上所产生的力矩克服了接力器的压紧力矩，从而在导叶立面产生狭窄的间隙并且发生射流，同时发出强烈的射流噪音[4]。

根据上述分析，1号机组水泵工况启机过程中的啸叫噪音主要是由于当前接力器压紧行程不够，在回水完成后憋压过程中，导叶立面处产生细微间隙与射流，射流产生强烈的啸叫声[5]。

2 缺陷处理

为避免该间隙射流所产生的振动、空化等现象对活动导叶以及整个导水机构产生伤害，需尽快对1号机组接力器压紧行程进行调整，参考2号机组的安装及运行经验，将1号机组接力器压紧行程调整至1.8~2.0 mm。与此同时对1号机组活动导叶立面间隙进行检查[6]，排查是否存在个别导叶立面间隙偏大而导致啸叫的发生。

尾水排空后，对活动导叶叶瓣、转轮叶片、座环、导叶连杆、剪断销等部件进行检查，未发现明显异常；对1号机组复测压紧行程，接力器自动锁定侧为0.6 mm、手动侧为0.7 mm，两侧均小于安装数据0.3~0.4 mm；在接力器无压紧状态下检查导叶立面间隙，发现6号/7号、17号/18号、19号/20号导叶立面存在间隙，最大可达0.18 mm；在接力器全关压紧状态下，17号/18号导叶立面仍存在0.1 mm间隙，实际间隙的存在加剧了射流的发展。

重新加工压紧行程调整垫厚度，将压紧行程调整至自动侧1.67 mm、手动侧1.79 mm，较调整前增加压紧量约1.07 mm，对应压紧油压为1.4 MPa。调整后复测压紧行程，在无压紧状态下基本无变化，在接力器全关压紧状态下，所有导叶立面间隙均消失[7]，调整完成。前后接力器压紧行程数据汇总如表1所示。

表1 接力器压紧行程数据汇总

5月22日，进行调整完成后首次水泵工况启机，异常啸叫声不再出现。对启机过程音频进行频谱分析采集，频谱图见示原240 Hz及其倍频成分消失，在转轮憋压过程中仅留存2倍叶片通过频率，此噪音成分为正常的无叶区动静干涉现象。至此1号机组水泵工况启机噪声问题圆满解决。

3 结语

通过对某抽水蓄能电站1号机组水泵工况启机过程中异常啸叫声进行原因分析、缺陷处理，总结有以下4点结论和建议：

（1）接力器压紧行程不足会导致导叶全关时预加在导叶上的压紧力矩不足以克服水力扭矩，从而造成活动导叶在转轮憋压过程中被无叶区水压力推开，形成导叶立面间隙射流，同时引起剧烈振动和异常噪音。

（2）机组在运行一段时期后均存在一定程度的压紧行程松弛现象，该现象是各连杆部件之间、轴承与轴套之间的安装间隙随运行时长被逐渐压实造成的，另外接力器基础混凝土的收缩同样会引起压紧行程的变化。导叶接力器压紧行程调整时，需额外考虑一定的余量以弥补松弛效应。

（3）机组后续运行维护期间，应做好接力器压紧行程的跟踪记录，监测其是否存在进一步松弛现象，结合机组运行状况，必要时对压紧行程做相应调整。

（4）机组投运后需定期对接力器基础螺栓、导水机构关键把合螺栓（如剪切臂抱紧螺栓、活动导叶防抬压板螺栓、连板偏心销抱紧螺栓等）的预紧力进行复核，检查是否存在松动。