Kuten tiedämme, vesiturbiinigeneraattori on vesivoimalaitoksen ydin ja tärkein mekaaninen komponentti. Siksi on erityisen tärkeää varmistaa koko hydraulisen turbiiniyksikön vakaa toiminta. Hydraulisen turbiiniyksikön vakauteen vaikuttaa monia tekijöitä, jotka ovat olleet olemassa koko hydraulisen turbiiniyksikön suunnittelusta lähtien.
Hydraulisen turbiiniyksikön kokonaissuunnittelussa hydraulisen suunnittelun vaikutus on pieni. Kun vesiturbiiniyksikkö toimii normaaleissa olosuhteissa, veden virtaus yksikön juoksuputken ulostulossa jatkaa virtausta ulospäin eikä vesivirtaus juoksuputken ulostulossa pyöri. Kun turbiini ei ole optimaalisessa toimintatilassa, virtaus juoksuputken ulostulossa muodostaa vähitellen pyöreän virtauksen turbiinin vetoputkessa. Kun turbiini on alle 40–70 %:n osakuormalla ja matalalla paineella, virtaus juoksuputken ulostulossa pyörii eteenpäin ja muodostaa vähitellen nauhapyörteen, mikä voi aiheuttaa jopa turbiiniyksikön värähtelyä.
Hydrauliturbiinin toiminnassa tärkein hydrauliturbiiniyksikön värähtelyä aiheuttava tekijä on vetoputken painepulssi, ja tämä tekijä uhkaa Francis-turbiinin normaalia toimintaa. Lisäksi, jos Karmanin pyörrejuna syntyy virtauksen hännässä siiven ympärillä, se vaikuttaa myös hydrauliturbiinin normaaliin toimintaan, koska se johtaa hydrauliturbiinin juoksupyörän lavan pakotettuun värähtelyyn. Kun tämän pakotetun värähtelyn taajuus muodostaa moninkertainen suhteen juoksupyörän lavan luonnollisen värähtelytaajuuden kanssa, se johtaa hydrauliturbiinin juoksupyörän lavan halkeamiin ja jopa lavan murtumiseen.
Lisäksi on olemassa toinen tekijä, joka vaikuttaa turbiinin vakaaseen toimintaan, eli hydraulinen tekijä. Jos turbiiniyksikön toimintatila poikkeaa turbiinin suunnitellusta tilasta, lavan tulo- ja lähtöaukolla esiintyy virtauksen erotusilmiö. Virtauksen erotusilmiön epävakaan taajuuden vuoksi myös vahingon aste on erilainen. Hydraulisen turbiinin hydraulinen malli on koko vesivoimalaitoksen voimanlähde.
Vesiturbiiniyksikön tieteellinen ja kohtuullinen rakennesuunnittelu, käsittely ja valmistus voivat tehokkaasti parantaa vesiturbiinin toiminnan vakautta, ja sen rakennesuunnitteluun ja valmistukseen vaikuttavat tärkeimmät tekijät ovat seuraavat:
① Virtauskanavan osissa virtauspaine aiheuttaa jännitystä, kun virtauskanavassa olevaan komponenttiin kohdistuu virtauspaine. Jännityksen kasvaessa komponentit muuttuvat elastisesti. Lisäksi virtauksen muuttuessa jokainen komponentti aiheuttaa myös värähtelyä. Kun veden virtauksen värähtelytaajuus on sama kuin komponenttien ominaistaajuus, se aiheuttaa resonanssia, joka ei ainoastaan aiheuta vakavaa melusaastetta, vaan myös vaikuttaa hydraulisen turbiiniyksikön normaaliin toimintaan. Erityisesti suurikokoisten ja hitaiden vesiturbiiniyksiköiden ominaistaajuus on hyvin lähellä hydraulista matalataajuutta, joten resonanssi vaikuttaa niihin helposti.
② Käsittelytekniikan vaikutus. Hydraulisen turbiiniyksikön käsittelyssä ja valmistuksessa, jos lapojen käsittely ei ole tarkkaa tai komponenttien hitsausprosessissa on virheitä, lapojen tulo- ja lähtöaukot ovat suhteellisen epätasaiset, mikä lopulta johtaa hydraulisen turbiiniyksikön moottorin tärinäongelmiin.
③ Kun labyrinttirengasta työstetään, sen suuri ovaalius johtaa myös yksikön tärinäongelmiin.
Lisäksi vesiturbiiniyksikön asennuksen laatu vaikuttaa myös vesiturbiiniyksikön vakaaseen toimintaan. Hydraulisen turbiiniyksikön eri komponenttien joukossa, jos ohjauslaakerit eivät ole samankeskisiä toistensa kanssa tai akseli ei ole oikea, se aiheuttaa hydraulista tärinää ja laakerikomponenttien tärinää.
Julkaisun aika: 22. syyskuuta 2021
