水轮发电机组异常声响成因探讨

电力18讯：    摘要：本文对城关电站机组空载转动时，所发生的异常声响作一简述性介绍。对形成声响的机理分析，可能有谬误之处，请见谅指正。目的仅是抛砖引玉，敬请有关专家对城关电站机组的异常声响能予以重视，各抒见解，期望最终能得出主导性的成因源，并能获得问题的正确答案及解决。

关键词：水轮发电机 周期性异常声响 现象解释

福建沙县城关电站三台机组已于二零零零年六月上旬全部投入商业运。从电站主机设备的设计、制造、安装，经运行实践，总体情况良好，但机组在某些工况下运转时，发出的周期性异常声响，该现象在国内尚属罕见，本文特将现象作扼要介绍，并兼作初步探讨。

　　一、水轮发电机组主要参数

　　水轮机：发电机

　　（1）型号：灯泡贯流式 GZ4BN28A-WP-490 （1）型号：SFWG16-60/5430

　　（2）主轴布置形式：卧轴、两支点双悬臂（2）额定电流：100 R/MIN

　　（3）转轮直径：D1=4.9m （3）额定电压：6300V

　　（4）额定水头： 8.8m （4）额定功率：1600KW

　　（5）额定出力: 1650KW （5）额定功率因素：0.9

　　（6）额定流量：206.1m3/S （6）额定转速：100R/MIN

　　（7）最大飞逸转速:348.7 R/MIN （7）额定频率：50HZ

　　（8）最高效力：94.93%

　　（9）吸出高度：- 6.72m

　　（10）水轮机安装高程：97m

　　二、机组的异常声响

　　 九九年十二月四日一号机进行首次启动，当转速达到84转/分时，发现在转轮室发出轻微的类似金属的碰撞声，声响频率与机组转速同步，随机组转速上升，声级随之增加，转速达到88~104转/分时，异常声响达到高峰，括擦声淹盖水流声，转速升至108转/分以上，异常声响又渐渐消失，机组转动呈现正常状态。

　　根据声响症状，且与机组频率一致的特点，当时认为是结构性的机械声响，而且主要部位在转轮室。然之进行流道检查。检查发现转轮室的油漆有块状剥落，呈现金属光泽面。在浆叶上方的转轮室顶部，120度范围内，有类似磨擦痕迹，紧靠浆叶中心线下游方有一块较大磨擦区，其余部分面积较小，转轮室下底部也有较小的擦痕。此外，在浆叶的转动区域外也有明显的脱漆现象。

　　检查转轮浆叶外缘端面，也发现个别浆叶有类似磨擦症象，判别为浆叶与转轮室边壁存在间隙磨擦。当即对浆叶出水边的外缘进行局部打磨0.5mm 。机组再次充水空载启动，但声响依旧，无任何变化。转轮室的油漆脱落面基本相同，只是面积大小、以及位置略有变化。

　　为探明周期性声响的原因，继而对水轮机的转动部件，如：浆叶与转轮连接螺丝、转轮与主轴的连接螺丝、主轴密封等，凡可能造成机械松动或相碰磨擦的部位作了全面仔细的检查及处理。而且在检查过程中，采取了各种保证措施，排除并否定了机械性磨擦的因素。

　　机组继续各项启动程序试验 ，测试值均符合标准规定。在做发电机短路试验时，励磁电流加至一定值后，机组的异常声响突然消失。机组并入电网后（未带负载），声响也聚然停止，从感觉上与正常机组一样。机组有无声响时的摆度、振动无明显变化，都在正常范围内。但是各监视表计的指针有明显颤抖现象，颤动频率是否与声响频率一致，暂无法定论，但这与声响应可能有必然的内在联系。

　　机组振动、摆度测量值：

　　组合轴承振动：0.01mm

　　水导轴承振动: 0.04mm

　　水导处大轴摆度: 0.10mm

　　转轮室振动-----水平: 0.03mm 垂直: 0.04mm

　　三、机组声响的成因探讨及现象解释

　　1、基本成因探讨

　　通常，水轮机在空载运行时，常会出现不稳定现象，除调速器品质之外，与水轮机的水

　　力方面因素有关，主要与叶型有关。一是叶片的扭角，二是叶栅稠密度。叶片扭角小，叶栅稠密度大的叶型，其空载运行稳定性要好一些。贯流机的转轮叶片数量相对较少（本机组是4叶片），叶栅稠密度较小，客观上其空载运行的稳定性较差。通俗解释，也就由于浆叶比较稀疏，对水流的制约作用小，流经浆叶的水流流态不是完全均衡，随之产生水力不平衡。

　　一号机组在空载额定转速下，手动改变浆叶的旋转角，试图改变协联工况消除声响，但没有效果。由此可知，“非协联工况”并不是空载时声响的主要根源。水轮机在空载运行时，由于导叶开度很小，进入水轮机的水流偏离最优工况较远。从叶型上考虑，由于水力设计因素，流经浆叶后的水流，形成周期性脉动紊流。该脉动紊流，既激振转轮浆叶，又扫击转轮室边壁，产生机组的异常声响。这种连续的脉动紊流通常称为“涡列”或“涡流”。

　　（A） 叶型涡列

　　 叶型涡列是水流流经叶片时发生脱流而引起的涡列，水轮机在非设计工况下运行叶片的绕流条件不良。此外，叶片出口边边界层从壁面分离，这两者导致转轮出口处形成脱流旋<