大型混流式水轮机水力的稳定性

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混流式水轮机压力脉动与振动稳定性研究进展

混流式水轮机压力脉动与振动稳定性研究进展桂中华;常玉红;柴小龙;王勇【摘要】混流式水轮机水力振动是影响水电站安全稳定运行的关键问题之一,研究混流式水轮机不稳定流诱发的压力脉动和振动问题,对于提高机组和水电站的运行稳定性有着十分重要的意义.本文着重介绍了水轮机压力脉动与水力稳定性模型试验、水轮机压力脉动与振动数值模拟以及水轮机转轮动应力与叶片裂纹研究方面的最新成果.在总结、分析现有研究成果的基础上,提出了混流式水轮机压力脉动和振动稳定性领域需要进一步研究的问题.【期刊名称】《大电机技术》【年(卷),期】2014(000)006【总页数】5页(P61-65)【关键词】混流式水轮机;压力脉动;振动稳定性;动应力;现状【作者】桂中华;常玉红;柴小龙;王勇【作者单位】国网新源控股有限公司技术中心,北京100073;国网新源控股有限公司技术中心,北京100073;国网新源控股有限公司技术中心,北京100073;国网新源控股有限公司技术中心,北京100073【正文语种】中文【中图分类】TK733+.10 前言混流式水轮机转轮的振动，关系到机组能否正常运行，是水利水电建设中亟待解决的关键问题之一。

由于混流式水轮机转轮叶片是不可调的，在非设计工况下，转轮叶片的进口边附近将会发生脱流。

脱流产生后，容易使这个区的水流变得不稳定而引起压力脉动，同时转轮叶片出口漩流会在尾水管中形成涡带，尾水管涡带在周期性非平衡因素的影响下产生偏心，这种偏心的涡带运动产生的压力脉动[1]，通过反射、传递作用于转轮叶片。

混流式水轮机在多种水力激振力的共同作用下，产生叶片压力脉动和自激振动，严重时甚至导致叶片裂纹，威胁机组的安全运行。

近年来，国内外多家水电站相继出现了转轮叶片振动与裂纹，如俄罗斯的萨阳、美国的大古力，我国的岩滩、天生桥2级、李家峡、五强溪、大朝山等，水力稳定性诱发水轮机的振动问题引起了行业界的普遍关注[2]。

进入21世纪后，我国有一大批容量为700MW的特大型机组陆续投入运行，一旦发生振动或裂纹问题，其影响和危害将更为严重[3]。

高负载运行状态下的水力稳定性：混流式水轮机改造用新模型及其应用

Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｔａｂｉｌｉｔｙｉｎｈｉｇｈ－ｌｏａｄｏｐｅｒａｔｉｏｎ：ａｎｅｗｍｏｄｅｌａｎｄｉｔｓｕｓｅｉｎＦｒａｎｃｉｓｔｕｒｂｉｎｅｒｅｆｒｂｕｉｓｈｍｅｎｔ．Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ＆Ｄａｍｓ．
它能通过非稳态仿真来识别判定改进理论，使之成为混流式水轮机转轮设计
阶段的高负载不稳定性的预测工具，同时必须通过
实验来验证计算的空穴形状。参考文献
ＥＫ．ＤＯｒｌｆｅｒ，０．Ｂｒａｕｎ，Ｍ．Ｓｉｃｋ．ＡｎｄｒｉｔｚＨｙｄｒｏ，Ｓｗｉｔｚｅｒｌａｎｄ．
特性。
８２
东方电机））２０１３年第３期
图９尾水管空穴仿真分量（老方法）
与早期的理论相比，发现了两个额外的重要参数，
８总结和展望
为克服改造机组和新混流式水轮机在高负载下稳定性的不确定性问题，已成功推出一个研究项目，该项目旨在开发一种预测水力不稳定性的可靠
从非稳态仿真的输入和输出曲线可以看出，方程的参数是基于ＣＦＤ计算结果进行选择的。ＣＦＤ输出和１Ｄ仿真之间的一致性非常好，如图８所示。
在时间域，尾水管模型进口状态变量㈣，Ｑ
和出口状态变量，Ｑ：）的的关系如下：

混流式水轮机的应用现状与技术发展

2020.18科学技术创新改测量程序，最终测量误差稳定在20微米以内，测量程序运行时间3分30秒,照老式测量方法缩短了时间，提高了测量精度，满足了用户测量要求。

并且测量结果可打印。

4测量情况介绍在用户调试滚道测量程序时发现测量数据不稳。

经反复试验比对分析发现温度变化对测量数值影响很大，环境温度改变、机床运转会使油温上升使工作台和横梁产生变形,影响测量数据准确值。

由于机床和工件都存在热胀冷缩，对测量数据影响较大应选择机床在恒温车间工作，并且选用较大容量的油冷机使油温能稳定控制在相对稳定的范围内。

增强测量支架刚性，不要制作太长。

测量探针可选用短一些，能减少测量误差。

选用精度高和保持性好的十字滑台，目前的十字滑台位置控制精度没有达到设计要求。

测量基准点不应设立在工作台、立柱、横梁上，应单独设立，并选用不易受热变形的材质。

做好隔离防护带，防止外部震动对机床加工和测量的影响。

5结论滚道测量功能的开发，降低了操作工人在工件测量上的难度，提升了工作效率和检测质量，为用户节约了大量的人力成本和时间成本以及培训成本，机床的使用为用户创造了巨大的利润。

同时，提升我公司该系列机床的产品竞争力，丰富了产品功能，同样为企业创造了可观的经济效益。

参考文献[1]SINUMERIK 840D/840Di/810D 编程说明，2004（3）.[2]SINUMERIK 840Di sl/840D sl/840D 基础软件和HMI 高级版，2009（3）.混流式水轮机的应用现状与技术发展马昌军（甘肃省节能投资有限责任公司，甘肃兰州730030）由于我国水资源储量较大，具有极大的开发前景，且大部分水头在20-700m 之间，在以往受到水轮机组的影响，在大水头条件下一般只能使用冲击式水轮机机型。

现今，随着国内外水轮机制造技术的不断进步，混流式水轮机逐渐被运用于高转速、大容量情况，我国许多大型水电站都采用混流式水轮机型。

混流式水轮机与传统的冲击式水轮机相比具有尺寸小、重量轻、转速高以及水力效率高等优点，能够带来极大的经济效益，且在后期机组的维修养护方面比冲击式水轮机更加的便捷、简单。

关于混流式水轮机水力稳定性的几点建议

ＨｙｒｕｉｔｂｌｙＰｏｌｌｆＦａｃｓＴｕｂｎｄａｌＳａｉｔｒｂｅｌ０ｒｎｉｒｉｅｃｉ１３４ｎ－ｎ，ＬＵＧａｇｎｎ＂０ＸｉｇｍｉｇＩｕｎ－ｉｇ
ｆａｉＩｓｔｔｏａｅＥｅｔｃＮｃｉ￣，ａｂ５ｏｏＣｉ）Ｈｒｎｎｔｕｆｒｊｆａｈｅ，ｒｉｉｏ４，ｈａｂｉｅＬｇｅｉｎＨｎｎ
件振动、并可能产生疲劳破坏一近年来．着球轮机比转速和单机窖的提高，随有些电站因水头变幅大，转轮性能
下完垒适应电站条件，行］况灾佳，造质量存在问题和补气不力，行稳定性问题已引起广泛的关注。运＝制运本文缩
维普资讯
燕于混流式水轮机水力稳定性的几点建议
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关于混流式水轮机水力稳定性的几点建议
陶星明，刘光宁
（尔滨托电１完所，哈虮研黑龙江哈尔滨１０４）５００［摘要】混流式承轮机在远离设计工况（镣高教率点）运行时，尝产生脱流和满带，引发机组甚至柏邻混凝土构
ａｄｖｒｘｉａｐａＩｗｌｃｌｅｉａｏｔｅｎｓａｄａｊＩｏｅｆｒｃｒ．ａｇｅｒｃｓｆｎｔｌｐｅｒｔｉａｓ￣ｒｉａｔｉｄｃＩｅｌｒｅｔｔｅＦｔｕａｋｏｅｗｌｌｌｂｔｎｕｔｎｈａｅｔｑ￣ｓｕｕｓ［ｉｃｏｐｒａｅｃｅｔ．Ｉｘｎｌ．ｔｙ￣ｌｔ￣ｔｐｏｌａｅｎｃｎｅｅｘｎｉｌａｎｔａｉｍｙｂｒｅｌ，ｔｈｈｄｕｉｓｂｉｒｅｈｓｂｅｏｃｒｄｅｔｓｅｌｇｗｈｓａｄｃｅｙｅｉｃａｌｙｂｍｎｅｖｙｏｉ

混流式水轮机稳定运行的主要水力因素浅析

第３３卷第２期
１２
水
电站机电技术
Ｖ１３ｏｏ３．．Ｎ２
Ａｒ００ｐ．１２
２１００年４月
ＭｃａｉｌＥｅｔｃｌｅｈｉｕｙｒｐｗｒｔｏｅｈｎｃ＆ｌｒａＴｃｎｅｆｄｏｏｅＳｔｎａｃｉｑｏＨａｉ
２混流式水轮机稳定运行的主要振动形式
稳定影响明显；同时存在较强的高频水压脉动，顶盖混流式水轮机运行存在的不稳定性现象是其本身特振动大，厂房楼板也有明显的高频振动和有强烈噪
从１９９８年８月第１台机组投运以来，电站６台转轮叶片下环出现了不同程度的裂纹，止到２０截０３年３
月，６台转轮共发现３条裂纹，其中叶片出水边与缘等转轮所有径向投影面上，２使转轮承受径向不平上冠连接处４没有重复出现的情况，条，叶片出水边
作者简介：黄汉云（９５）男，１７一，工程师，从事水电站设备管理工作。
第２期
黄汉云：混流式水轮机稳定运行的主要水力因素浅析
６条速的相应提高，相对刚度的减弱，机组的运行稳定性复性的裂纹共计１。问题已成为电站设计、制造安装和生产管理单位极１２岩滩水电站．
为关注的问题。很多设计单位在对水轮机选型时对
一
岩滩水电站装机４台，水轮机型号为ＨＬ８２６
电站最大水头＝８．小水头Ｈ￣１５ｉ，１９１，最１３，＝３ｎ
天后发现１个叶片有１条裂纹；号机运行２０３６２４

混流式水轮机的水力性能优化研究

混流式水轮机的水力性能优化研究概述混流式水轮机是一种常见的水力机械装置，被广泛应用于水电站和水资源利用项目中。

对于混流式水轮机的水力性能进行优化研究，可以提高其能效和发电能力，减少水资源的浪费。

1. 混流式水轮机的原理和特点混流式水轮机是一种将水能转换为机械能的装置。

其原理是通过引导水流进入轮机，经过转轮的作用，使水能转化为轮机轴上的机械能，从而驱动发电机组发电。

混流式水轮机的特点包括叶轮结构合理、转速范围宽、出力平稳等。

2. 水力性能优化的意义水力性能优化是指通过对混流式水轮机的结构和工作参数进行调整和改进，以提高其效率和性能。

优化混流式水轮机的水力性能可以降低发电成本，提高发电厂的经济效益，减少水资源的浪费，保护环境。

3. 影响水力性能的因素混流式水轮机的水力性能受到多种因素的影响，包括轮机结构、叶轮形状、进出口流道的设计、流量和转速的选择等。

其中，叶轮结构的优化、流道的流线型设计以及轴功率和效率的匹配是关键因素。

4. 水力性能优化方法（1）叶轮结构的优化：通过采用先进的设计工艺和材料，优化叶片的几何形状和叶片间隙的设计，以减小水流对叶轮的阻力，提高转轮的效率。

（2）流道的流线型设计：通过合理的流道设计，减小水流的阻力，降低能量损失，提高混流式水轮机的转化效率。

（3）轴功率和效率的匹配：根据工作条件的需求和电网负荷的变化，调整和匹配水轮机的叶轮转速和功率，以保持最佳的效率和性能。

（4）进口和出口流道的调整：通过优化进口和出口流道的形状和尺寸，减小流动阻力，提高转轮的效率。

5. 水力性能优化的实践案例水力性能优化的实践案例表明，通过合理的设计和调整混流式水轮机的结构和工作参数，可以显著提高其效率和性能。

例如，通过优化叶轮的几何形状和叶轮间隙的设计，可以提高叶轮的效率，降低转动阻力，使混流式水轮机的转化效率提高10%以上。

此外，在流道的流线型设计方面，合理使用隔音板和缩尺进口流道，可以降低流动阻力，提高转轮的效率。

混流式水轮机的水动力特性研究与优化

混流式水轮机的水动力特性研究与优化混流式水轮机是一种常见的水力发电设备，广泛应用于水电站和水力发电厂。

其独特的结构和设计使得其在转速范围内具有较高的效率和可靠性，同时适应范围广，适合多种水源条件。

本文将对混流式水轮机的水动力特性进行研究，并提出优化措施，以改善其性能和效率。

混流式水轮机的水动力特性主要包括流体的流动和叶轮的工作。

在设计和优化过程中，需要重点关注以下几个方面：进口流场的分析、叶轮叶型的设计、流经叶轮过程中的流体力学特性、叶轮和排水管系统的匹配等。

首先，进口流场的分析是研究混流式水轮机水动力特性的基础。

通过对进口流场的特性进行分析，可以确定流体的初始状态和速度分布。

这将有助于进一步分析叶轮叶型的设计和流体力学特性的研究。

其次，叶轮叶型的设计是优化混流式水轮机性能的关键。

叶型的设计直接影响到流体在叶轮中的流动情况和叶轮工作效果。

通过合理优化叶轮的叶型设计，可以提高水轮机的功率输出和效率。

一种常用的方法是利用数值模拟和实验数据，通过多次优化，找到最佳的叶型参数和结构。

另外，在研究混流式水轮机的水动力特性时，需要对流经叶轮的流体力学特性进行研究。

这包括叶轮的受力情况、流动分离和阻力损失等。

通过数值模拟和实验测试，可以获得叶轮转速和功率输出之间的关系，进而优化叶轮的设计。

最后，混流式水轮机的排水管系统也需要与叶轮匹配，以确保流体流动的顺畅和能量的最大化利用。

排水管系统的设计应考虑流量、压力和速度等因素，并与叶轮叶型的设计相协调。

优化排水管系统的结构可以进一步提高混流式水轮机的效率和性能。

对于混流式水轮机的优化，除了上述水动力特性的研究外，还可以考虑其他方面的改进措施。

例如，引入可变叶型技术和流量调节装置，以适应不同工况下的能力需求。

同时，采用新型材料和制造工艺，减小叶轮的质量和惯性，提高响应速度和工作稳定性。

总之，混流式水轮机的水动力特性研究与优化是提高水轮机性能和效率的关键。

通过对进口流场的分析、叶轮叶型的设计、流体力学特性的研究以及排水管系统的优化，可以进一步改善水轮机的性能和效率。

影响混流式水轮机稳定性的主要问题及建议、

’
响混流式水轮机稳定性的因素进行分析研究，提出了提高机组运行稳定性的对策建议。
关键词：水电站；混流式、低成本、效益的具体体现。我国水电站大部分为混高
区域内运行，在交变动态载荷和压力脉动的作用下大大增加了转轮出现３提高水轮机稳定性的几点建议．３合理选择水轮机Ｈａ／ｍｉ１ｍｘＨｎ的变化范围混流式水轮机是固定叶片式的水力机械，转轮的设计和选型都是确
叶片自振频率与冲击频率相同，便产生共振。五是水力不平衡引起的压最大应力应小于１０ａ５ＭＰ。叶片出水边与上冠交接处属于高应力区，应力脉动。当流人转轮的水流失去轴对称时，出现不平衡的横向力，是适当加大圆弧段直径，于以改善应力状况。二是计算出水边卡门涡频率与造成转轮振动。２转轮设计制造方面的原因．２各部件固有频率，使其不产生共振。三是适当控制叶片数量。转轮叶片数量与稳定性之间虽然没有直接的明确关系，但在一定条件下其影响也
“ 稳定、安全、满发“ 是水电站机组普遍追求的目，，标也是水电机疲劳裂纹的几率。流式水轮发电机组，由于混流式水轮机结构简单，水头适用范围宽广，制造技术较为成熟，混流式机型已经占居水电站机组的主导地位。混流
式水轮机有着强大的生命力，但又存在不可忽视的问题，机组振动和叶保在设计水头处有比较宽的稳定运行区，为了减小振动和裂纹对混流式片裂纹是目前混流式水轮机稳定运行的焦点。尤其是一些水电站水轮机水轮机的危害，要求大型混流式水轮机水头变幅不宜过大。有文献建的振动和裂纹已严重影响了机组的稳定运行和经济效益的发挥。水轮机议，水轮机最大水头和设计水头的比值应控制在１以下，最大水头与Ｉ２运行的稳定性，尤其是混流式水轮机的运行稳定性已经成为水轮机学术最小水头的比值应控制在１以内。．５界讨论的热门话题。２影响混流式水轮机稳定性的主要原因分析．２水力方面的原因．１３确保水力设计的科学性和合理陛－２一是合理选取水轮机的比转速。过高的比转速，将削弱水轮机的强度，影响空化及防泥沙磨损的性能，对水轮机稳定性不利。当水轮机

混流式水轮机的水力传动与控制系统研究

混流式水轮机的水力传动与控制系统研究混流式水轮机是一种常用的水力发电机组，利用水流的动能来转化为机械能，进而产生电能。

水力传动与控制系统是混流式水轮机运行的关键部分，它能够控制水流的进出和转化机械能的效率，从而实现优化的发电效果。

一、水力传动系统混流式水轮机的水力传动系统主要由水导叶、转轮和供水管道组成。

水流经过供水管道进入转轮区域，在旋转的过程中，水导叶的角度可以通过调节系统控制，以改变水流的流量和速度。

进而调整转轮的转速和转矩。

水力传动系统的设计与优化关键是提高水轮机的转速和转矩控制性能，提高水轮机的效率。

发电过程中，水流的能量转化主要集中在转轮上，因此转轮的设计和制造至关重要。

合理的叶片形状和结构可以最大限度地利用水流的能量，提高水轮机的效率。

同时，考虑到水流的稳定性和流动的均匀性，供水管道的设计和布局也需要细致考虑。

通过对水力传动系统的优化设计和改进，可以实现混流式水轮机的高效运行。

二、控制系统混流式水轮机的控制系统主要用于控制水轮机的转速和转矩。

常用的控制方法包括调速器和调功器。

调速器通过改变水导叶的开度来调整水轮机的转速，进而实现对发电机组输出电压和频率的控制。

调功器则通过控制水导叶的开度和转轮的转速，来实现对发电机组输出功率的控制。

控制系统的关键是如何实时感测水轮机的转速和转矩，并通过反馈控制方式来调整水导叶的开度和转轮的转速。

常用的转速和转矩感测技术包括光电转速计、振动传感器和力矩传感器等。

这些传感器能够实时监测水轮机的运行状态，通过信号反馈给控制系统，进而实现对水导叶和转轮的控制。

此外，控制系统还应考虑到对水轮机的安全保护和运行稳定性的要求。

如异物检测和排除装置，用于检测和清除掉进水轮机中的杂物，以防止损坏水轮机的叶片和其他关键部件。

同时，控制系统应具备故障自诊断和自动切换功能，以保证水轮机在异常情况下的安全运行。

三、研究进展与挑战混流式水轮机的水力传动与控制系统已经取得了一定的研究进展和应用成果。

大型混流式水轮机的应用现状与技术发展

大型混流式水轮机的应用现状与技术发展混流式水轮机的应用范围广，结构简单，运行稳定，效率高。

它是现代应用最广泛的水轮机之一。

我国自引进大型混流式水轮机以来技术不断提高，水轮机容量从最初的几百千瓦发展到三峡的70万千瓦，水轮机的效率也提高到95%。

但大型混流式水轮机的发展过程中也遇到了一些难题：水轮机泥沙磨蚀；导叶漏水量过大；工地安装困难；机组振动、摆度过大。

通过长短叶片转轮技术，计算流体动力学（CFD）解析技术，泵板+非接触式间隙密封等技术的应用推广，大型混流式水轮机的问题得到了有效改善。

标签：大型混流式水轮机；应用现状；技术难题；改进技术1 前言混流式水轮机水流经转轮的径向，然后沿轴向大致流出流道。

混流式水轮机也曾被称为辐轴流式水轮机，美国工程师弗兰西斯于1849发明了它，也被称为弗兰西斯涡轮机。

混流式水轮机水头宽（约20～700米），结构简单，运行稳定，效率高，是目前应用最广泛的现代水轮机[1]。

据不完全统计，中国已投入500多个大中型水电站，其中混合流动单元超过320个。

由此可见，混流式水轮机是最常用的。

2 混流式水轮机的应用现状2.1 混流式水轮机的优点混流式水轮机具有以下优点[2]：●尺寸小，转速高，机组造价比冲击式水轮机低；●能量指标高，效率比冲击式水轮机高；●额定工况下，发足装机容量时，过机流量会少一点；●可以更加充分利用电站水头，还可局部回收尾水管动能；●混流式机组及其附属设备在安装、运行和维护方面相比冲击式机组有较大优势；相比于其他形式的水轮机混流式水轮机在高水头大流量的情况下更加适用，因此国内外大多数大型水电站都采用了大型混流式水轮机。

2.2 水轮机容量经过几十年的技术发展，中国混流式水轮机的装机容量由最早的石龙坝几百千瓦发展到三千瓦的70万千瓦级，2012年发展到80万kW级。

水轮机直径从0.71m发展到三峡的10.4m。

2.3 水轮机的效率中国大型混流式水轮机水力设计取得了重大进展。

提高混流式水轮机稳定性的措施

一
般情况，水轮机的稳定区为无涡带区Ｄ，较稳
定区为满负荷反向涡带区Ｅ和叶片进口正面脱流区Ｆ不稳定区为叶道涡区压力脉动大，，，出现在小负荷，涡带区涡带明显，，使水轮机运行不稳定，在部分负荷时最严重。特殊压力脉动峰值区Ｃ在涡带区。
在偏离设计工况运行时，转轮出口水流发生旋转运动，在尾水管内形成涡带，水流产生压力脉动，使水轮机运行不稳定。根据偏离设计工况的情况，可将水轮机运行工况分为稳定区Ｄ，较稳定区ＥＦ不稳、，定区，、以及特殊压力脉动区Ｃ此外，有叶片进。还
口背面脱流区Ｇ，口脱流区，图１出如所示。
长春工程学院学报（自然科学版）
２０，（）０８９３
最大。叶片进口背面脱流区Ｇ，出现在高水头，能可
要综合分析研究效率特性、汽蚀特性和稳定性之间
是机组高水头振动的一个重要原因。
挹淀式水轮机稳定运行区域的，分
的关系，注意改善和提高机组稳定性。
纹，振动和裂纹已严重影响了机组的稳定运行和其经济效益的发挥，并引起了人们广泛的关注，以致
０前言
水轮机效率特性、汽蚀特性和稳定性是水轮机
的三个最重要的指标。效率关系到对水能的利用程度，汽蚀关系到机组的寿命，而水轮机稳定性关系到机组是否能安全正常运行。水轮机的稳定性是指在某一运行工况下功率或
３２１．．合理选择比速
近年来，电设计研究院为提高效率特性，水希望

水轮发电机组运行稳定性研究现状分析

水轮发电机组运行稳定性研究现状分析作者：陈忠润涂祖蕾来源：《商情》2020年第04期【摘要】水电是清洁可再生能源，具有运行费用低、电能质量稳定、机组启停灵活、调峰调频能力强等优点。

水轮发电机组是水电厂的关键设备，其运行稳定性状况不仅关系到电厂的经济效益，同时也影响电网的安全稳定运行。

机组的运行稳定性是机组整体机械、水力和电气性能的集中体现，对机组的长期安全稳定运行的重要性不言而喻。

【关键词】水电厂水力机组电网稳定性振动引言水能资源的开发利用对于我国节能减排、优化能源结构、实现2020年非化石能源占一次能源消费比重达到15%的目标有着重要的意义。

“十二五”期间，我国水电建设经历了大发展，金沙江、澜沧江、大渡河、雅砻江等流域开发加快，一个个大型甚至巨型水电厂相继投入生产运行。

水轮发电机组的容量和尺寸越来越大、结构越来越复杂，实际遇到的问题也越来越新颖，同时对机组运行稳定性的要求也越来越高[1]。

1研究的背景和意义国家标准和行业规程对于表征水力机组稳定运行的主要参数都给出了明确具体的要求和运行允许范围，各水电厂通常依据标准，对机组各部位的振动摆度等进行评估，判断是否满足标准要求，同时分析机组是否存在异常和潜在缺陷。

机组稳定性参数的大小和变化规律反映了机组的健康状况水平，是确定机组检修周期、检修级别和检修项目的重要依据。

此外，对于大中型水电厂使用最为普遍的混流式水轮发电机组来说，几乎必然的存在着禁止或限制运行的振动区域，而判断机组振动区域范围和边界的主要依据就是机组振动、摆度、压力脉动等稳定性特征参数。

机组的振动区域是机组负荷分配的重要约束条件之一，避开振动区域运行是水电机组运行的基本要求。

因此，各发电企业对于机组运行稳定性状况非常重视。

机组稳定性问题既是设计和制造厂家的重要课题，也是运行维护单位极为关注的问题，研究机组运行稳定性有重要的现实意义。

2国内外研究的现状机组运行稳定性问题十分复杂，涉及到水力、机械、电磁等多方面因素，是典型的多物理场耦合问题，难以建立起准确完整的数学模型。

提高混流式水轮机稳定性的对策

中图分类号：Ｍ３２Ｔ１
文献标识码：Ａ
水轮机运行的稳定性已成为水轮机学术界近几年讨论的热门话题，其是混流式水轮机，多专家都发表过相关尤很的学术论文并提出了很好的见解，流式水轮机的运行稳定混性能近几年也得到了快速提高。下面就笔者在文际工作过程中的体会．重对提高水轮机稳定性的对策进行探讨。着
Ｋｅｏｄ：ｙｒｕｉｄｓｇ；ｒｓｕｅｆｃｕｔｎｉｒｆｔｂｍａｉｍｃｌｓｅｓｏｕｅ；ｉｒｔｎｏｖｒｘｓａｌｙＷｒｓｈｄａｌｅｉｎｐｅｓｒｕｔａｉｎｄａｔｕｅ；ｘｍｕｏａｔｓｎｒｎｒｖｂａｉｆｏｔ；ｔｂｅｃｌｏｒｕｏｅ
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第３２卷第３期
２０年３０６月
水力发电
文章编号：５９９４（０６０— ０５００５ — ３２２０）３０４ — ３
提
高、日、比／
式水轮机稳定性的对策
初日亭
（龙滩水电开发有限公司，西南宁５０２）广３０３
ＥｘｌｒｎＥｅｔｅｐｏｌｇｆｃｉＭｅｓｒｓｏＩｃｅｓＳａｉｔｏｄｏｕｂｎｓｖａｕｅｔｎｒａｅｔｂｌｙｆＨｙｒｔｒｉｅｉ
ＣｕｕｔｇｈＹｅｉｎ
（ｏｇｎＨｄｐｗｒｅｅｐｅｔｏＬｄ，ａｎｎｕｎｘ５０２）ＬｎｔｙｒｏｅｖｌｍｎＣ．ｔ．ＮｎｉＧａｇｉ３０３ａｏＤｏｇ

影响混流式水轮机稳定性的因素与应对措施

１影响混流式水轮机稳定性的因素
１．１水力方面
水力因素是引起混流式水轮机振动的最重要因素之一水轮机处于工况运行．如果水轮机处于空载、小负荷或者是超负荷状态时，水轮机不仅要承受水流的压力荷载．还要承受压力脉动和水力扰动引起的动态荷载．特别是当水轮机偏离最优工况运行状态时．比如处于低水头５０％左右负荷运行状态的时候．轮转出口水流很容易产生旋转．使得水流在尾水管中心区域产生真空．当真空达到一定限度的时候．就会形成漩涡带．由于带状漩涡是水流绕尾水管进行的不稳定旋转．尾水管必定会出现低频压力脉动．进而破坏尾水管．引起水轮机机组振动，最终影响混流式水轮机运行的稳定性；如果水轮机机组转动、固定部分间隙不均．转轮中心就会与机组中心发生严重偏移，转轮周围的固定部分和转动部分的间隙就会不断变化．在变化过程中．转轮在水压力作用下就会形成一种合力．这种合力使转轮中心与机组中心的偏移更加严重．在一定程度上加剧了对水轮机的振动：当水轮机机组运行状态脱离了设计工况．水流在绕流叶片的过程中，在叶片的进口和出口就会交替出现涡列．如果转轮叶片的振动频率与叶片自振频率相同或成倍数关系．就会产生共振．通常情况下这种共振表现为水流噪音．而当共振足够强烈．则会引起叶片断裂。１．２制造方面在混流式水轮机加工制造方面．影响水轮机稳定性的因素主要来自三个方面第一．在加工工艺方面．由于混流式水轮机采用的焊接方式是Ｔ型焊接．如果焊接出现误差、热处理不当或者是叶片的线形加工不够精确．那么叶片进出口开口值就会出现不均匀，叶片上就会产生由水流引起的不平衡应力．使得叶片容易在交替变化的负荷作用下出现疲劳．进而引起水轮机机组振动第二．叶片与下环、顶盖的焊接部位是水压力作用的集中应力区．因此，过流部件区是最易产生疲劳的区域．流部件在水压力作用下易产生应力进而产生弹性变形，水流的搅动也会引起下环、顶盖的震动，当下环、顶盖的固定震动频率与水流振动频率相同的时候．水轮机机组就会产生振动和噪音．对与频率较大、转速较低的机组来说．其过流部件所具有的固定频率较小，更容易与水流震动频率想接近第三，如果叶片出水边相对于进水边来说较薄．两者之间强度就会出现较大差异．在水流的不平衡应力作用下叶片易出现疲劳．进而产生破裂１．３安装运行方面安装也是影响水轮机稳定性的重要因素之一，特别是导叶和轴承的安装不同心导致轴线不正．迷宫环的间隙就会出现不均匀，容易引起水流震动和轴承机械振动此外．混流式水轮机是水电站得以正常运行的重要动力．承担着电网系统的调峰和调频，所以，水轮机不可避免的要进行长时间的运行．那么水轮机转轮在长期运行中必然会出现疲劳．过度循环的旋转使得水轮机裂纹产生的几率大大增加。

混流式水轮机稳定运行的主要水力因素分析

水力方面的不稳定性问题也越来越明显，给部。
证水轮机在各种情况下达到合理的运行方
式。
电站造成很大的损失。因此，本文通过对天台１．４混流式水轮机处于负荷变化过大工况
２．３加强设备的整治和改造在混流式水轮机生产运行期间，生产
ＨＬＩＯＯ —ＬＪ－１ＯＯ混流式水轮机稳定性在水力方面存在的问题进行分析，并提出有效对策。关键词：混流式水轮机中图分类号：ＴＫ７３３．１稳定性水电事业文献标识码：Ａ文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１４）０１（ｂ）一００６９ —０１
１混流式水轮机稳定运行的水力因素
工况
造成水轮机叶片背面出现脱流现象，因此于水轮机存在的大一些的问题应积极主动
轮机在高水头运行时的稳定状况。当水轮
１．１混流式水轮机处于低水头大流量运行水轮机在水力方面的稳定性主要取决于水地进行检修处理，对于处理不了的问题，应及时向上级管理部门、生产商、设计方进行混流式水轮机处于低水头大流量运行机水头向低水头方向移动时，水轮机叶片正沟通协商，寻找解决方式，确保水轮机的整工况时，水轮机为了满足容量的需求，其流面所受的水流冲击力小，在水流量大的区域治与改造工作的合理性，从而提高水轮机避免影响水电站的经济效量必然增大，使水轮机的叶片受到水流的内容易导致水轮机叶片正面进口处形成较的运行稳定性，

浅谈国内水轮发电机组的几个问题

日２－Ｄ。６７Ｎ＝５Ｍ；为使大型混流式水轮机在运行中具有相对良好的工况并站机组（＝４３ｍ，＝．ｍ，ｒ６Ｗ）水轮机转轮直径依日＝．给水力设计提供相对宽松的设计条件，以期最终获得具有良最大者为苏尔寿／林生产的美国雷辛水电站机组（ｘ７０
益以及社会效益等多方面因素，以不容忽视。目前国内外定水头５．ｍ，所从９额定转速７ｍｎ额定功率３７１４５／ｉ，ｒ０．ＭＷ，转轮
．ｍ。０经该存在的问题分析其原因，电站建设条件苛刻客观存在，运行直径８由于技术难度大，验不足，电站水轮机自投运如
水头变幅太大、运行工况不佳等，与水轮机的设计、但制造技以来，台机组均存在较为严重的振动问题。主要表现有：各水术也密不可分。
轮机某些运行区流道内产生强烈的水体激振与厂房部分结构
近些年来，由世界一些著名水轮机生产厂家制造的一些共振；水管压力脉动超标；尾转轮叶片产生裂缝，虽经多次补仍一再出现。为解决上述问题，机组生产厂家在模型试验国内外大型混流式水轮发电机组，虽然都是采用现代水力仿焊，
了转轮裂纹，如国外的大古力Ｉ、Ｉ古里Ｉ等，ＩＩ尤其是塔贝拉电５－ｍ和５．ｍ三个水头、荷在（～２）９３４９负０３５ＭＷ之间的运行
站１４台机组均出现了不同程度的振动和裂纹。我国的岩滩、试验．该机组在试验运行中未出现强烈振动和与厂房结构共

混流式水轮机电站运行稳定性与装机容量选择的探讨

了，预想出力会增大（阻容量减小）受。从机组运行稳定性出
泄洪，提高额定水头后低水头泄洪时的出力必然减少，而从
使年电量减少，丢失了季节性电能，出现了一面泄洪，面又一发不出装机容量的现象，使稳定和效益形成了尖锐的矛盾。
稳定运行呢。建议采取提高额定水头，增加机组台数或加大单机容量的方式来协调解决。中图分类号：Ｖ３．；ｒ４Ｔ７３１Ｔｙ１－７文献标识码：Ｂ
混流式水轮机运行存在的不稳定现象是其本身的固有
特性，早期由于水轮机的容量较小，转轮直径相对较小，不稳定现象尚不突出，般采取避开不稳定区运行来解决。近一１０多年来，随着岩滩、五强溪、浪底等大容量、小大直径水轮机，以及世界上已在运行的水头变幅大的大型混流式水电机组的相继投产，都程度不同的存在水力振动大和转轮叶片出
－墓。一墓糊ｌ瓤隧
由于混流式水轮机固有因水头、出力的变化对其效率、
空蚀、稳定性等会产生一定影响的特性，特别是随着一些大
型水轮机的投运，轮机的稳定性问题日益暴露出来，水在水
作者简介：次光（９６一）男，江杭州人，吴１３，浙国家电力公司昆
法体现的。由于稳定性差，水轮机往往在远未发生空蚀损坏之前就会因压力脉动等不稳定因素导致叶片开裂，漏环脱止
落，尾水管里衬漏水，轴承支持件松动等现象，重时甚至无严法并入电网运行，的确有 “ 稳定是压倒一切的” 觉，此，感因当今许多大型混流式水轮机的选择都把稳定性放在首位。根据大多数混流式水轮机运行情况统计，运行不稳定其现象主要发生在大约１１设计水头凰以上的水头和小于．倍

老江底水电站水轮机水力稳定性分析

行工况处于或接近最优工况区，机组选型设计合理。
３２材料选用Ｉ
老江底水电站水轮机转轮采用铸焊结构，上冠、
下环和叶片采用马氏体不锈钢材料Ｚ６ｒ３５，Ｇ０Ｃ１ＮｉＭｏ
第３７卷第１０期
２１年１０１０月
水力发电
老江底水电站水轮机水力稳定性分析
任启淼，郭建伟，杨强，刘光宁
（．州省水利水电勘测设计研究院，贵州贵阳５００；１贵５０２
２哈尔滨大电机研究所，黑龙江哈尔滨１０４）．５００
ＭＰａ．强度极限７０ＭＰ。５ａ２１年１月发现裂纹以后，业主单位和东风００的最优负荷区，机组运行状态不稳定，可能引发叶
道涡、卡门涡、尾水涡带等一系列水力不稳定。
叶片采用铸造
（ＶＯＤ精炼铸造）成型、数控加工，
叶片厚度１～２ｍ／。５２ｌｃｌ转轮进行的有限元分析表明，在最大水头下，
暂时过负荷超过水轮机额定出力时，各部件材料的最大允许应力不超过其屈服强度的５％。在最大飞０逸转速或水压试验的条件下，相应部件工作应力不超过屈服强度的７％。材料屈服强度规定值为５０５５

大型水轮发电机组振动稳定性分析与设计准则

出轮发电机组的固定部件与导轴承、止漏环、推力轴承等支承部件共同组成轴系的支承边界条件，
商接影响系统的动力特性，１２支承部件的动力学建模．
和Ｒｃａｊｉｔ传递矩阵法多次迭代求解系统的非ｃ
线性瞬态响应２２稳态设计工况下主轴摆度预估．
在结构上是周期旋转对称的（至可以视为是轴对甚
性对待，而直根据轴颈的位移和速度，直接求出作用在轴颈上的油膜力，即把它作为作用在轴颈上的外
力．而不是通常的简化为线性化的４个刚度系数和４个阻尼系数。因此．电机组导轴承的动力学特性水
质有关
１３主轴临界转速计算．
水轮发电机组主轴的固有频率和临界转速不仅与主轴转速有关，而且与载荷的大小有关。计算主轴临界转速之前，首先要用非线性方法计算出主轴在菜一稳定载荷工况下的主轴摆度，以此摆度处的油膜刚度作为线性化刚度，与支撑结掏的刚度串联得到主轴的支承刚度，然后用常用的方法计算主轴系
准则，劳强度设计准则等．给出了工程应用实例。疲并
关键词：水轮发电机组；动：振稳定性；设计准则
中图分类号：｝１３；１－｛１ＴＫ７３１３．文献标识码：Ａ
韩国明研究员
大型水电机组的运行稳定性．率与气蚀成为效考核水电机组性能的３大主要指标水电机组是一个复杂的机、、耦合系统机电液