唐 擁 軍(國網新源控股有限公司技術中心，北京 100161)

江西白石壁電站最大水頭為31.5 m，最小水頭為19 m，設計水頭為24.5 m，原裝機3臺630 kW的混流臥式機組。2013年啟動了增容改造項目，將3臺機組全部增容至800 kW。增容改造前，水輪機型號為HL240-WJ-71，發(fā)電機型號為SFW630-12/1430，機組轉速為500 r/min。增容改造后，水輪機型號為HLA551-WJ-80，發(fā)電機型號為SFW800-12/1430，機組轉速為500 r/min。

機組啟動試運行時發(fā)現，在出力大于200 kW后，1F至3F機組噪聲與振動都很大，且有隨著出力增加而增大的趨勢，機組無法安全運行。為分析解決這個共性問題，對機組開展了噪聲測試試驗。

1 噪聲測試

處理前，對1F機組進行了噪聲測試，在離尾水錐管約1 m處布置噪聲探頭，如圖1所示。

圖1 噪聲測點布置位置

各出力工況和噪聲L聲級、A聲級及主頻統(tǒng)計見表1，噪聲L聲級、A聲級與機組出力關系曲線見圖2，噪聲頻域瀑布圖見圖3。

由測試結果可知，機組噪聲L聲級、A聲級隨著機組出力的增加而增大，在450 kW負荷時L聲級約為105 dB、A聲級約為94 dB。噪聲主要為41～45 Hz和200 Hz左右的頻率成分。其中41～45 Hz左右頻率成分約為5～5.4倍轉頻(轉速為500 r/min，轉頻為8.33 Hz)，且其分頻幅值呈隨著出力的增加而增大的趨勢。200 Hz左右頻率成分為2倍極振頻率(2×12個磁極×8.33 Hz=200 Hz)。這表明，引起機組振動與噪聲過大的原因是5倍左右轉頻的頻率成分。

表1 機組噪聲L聲級、A聲級及主頻統(tǒng)計

圖2 噪聲L聲級、A聲級與機組出力關系曲線

圖3 噪聲頻域瀑布圖

2 診斷處理

由上可知，引起機組振動與噪聲過大的是5倍左右轉頻的頻率成分，于是從水輪機結構中尋找與5倍左右轉頻相關的部件。結果發(fā)現頂蓋6個加強筋板過高是振動與噪聲過大的根源。原因分析如下。

頂蓋加強筋板有6個，其高度約為6 cm左右，6個加強筋板分出6個空腔來，其中有2個空腔通過泄壓孔聯通，如圖4所示。機組運行時，6個空腔內將出現有水壓脈動的水體，這與旋轉的轉輪產生動靜干涉，從而出現5～5.4倍轉頻的水壓脈動(有2個空腔通過泄壓孔聯通，這很可能是脈動頻率不是6倍的原因)有關，機組出力越大，6個空腔內的水體壓力越大，從而動靜干涉的強度也越大，脈動幅值也越大。這就造成機組振動與噪聲隨著出力的增加而增大，這與實測結果一致。因此，機組振動與噪聲過大應該是頂蓋加強筋板高度過高造成的。

圖4 頂蓋加強筋板

于是對頂蓋加強筋板進行了處理，用薄的鋼板對頂蓋加強筋板進行封閉處理，也就是讓鋼板蓋住6個空腔。處理后發(fā)現機組噪聲與振動大幅減小，5倍左右轉頻的頻率成分基本消除，問題得到解決。

3 結 語

(1)1F至3F機組均存在振動與噪聲過大的共性問題，其噪聲水平隨著機組出力的增加而增大。噪聲主要頻率成分中的5～5.4倍轉頻分量是引起機組振動與噪聲過大的原因。

(2)頂蓋加強筋板有6個，其高度約為6 cm左右。6個加強筋板形成6個空腔，機組運行時，6個空腔內的脈動水體，與旋轉的轉輪產生動靜干涉，從而造成機組出現過大的振動與噪聲。頂蓋加強筋板過高是機組振動與噪聲過大的根源。

(3)小型機組生產廠家的技術力量相對薄弱，這可為小型機組廠家在生產水輪機和處理類似問題時提供技術參考。

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[1] 梁 興. 水電機組故障振動測試分析[J]. 中國農村水利水電，2014,(1):165-168.

[2] 田鋒社. 水輪機壓力脈動測試的分析與探討[J]. 水利水電科技進展，2006,(4).