ご存知の通り、水車発電機は水力発電所の中核かつ重要な機械部品です。そのため、水車ユニット全体の安定した運転を確保することが特に重要です。水車ユニット全体の安定性に影響を与える要因は数多くあり、それらは水車ユニット全体の設計段階から存在しています。
水車ユニット全体の設計において、水力設計の影響は小さい。水車ユニットが通常運転状態にある場合、ユニットのランナ出口の水流は流出し続け、ランナ出口の水流は回転しません。水車が最適な運転状態にない場合、ランナ出口の流れは水車ドラフトチューブ内で徐々に円流を形成します。水車が低落差の40～70%の部分負荷状態にある場合、ランナ出口の流れは前方に回転し、徐々にリボン渦を形成し、水車ユニットの振動を引き起こすこともあります。
水車運転において、水車本体の振動を引き起こす最も重要な要因は吸出し管の圧力脈動であり、この要因はフランシス水車の正常な運転を脅かす可能性があります。さらに、翼周りの流れの尾部にカルマン渦列が発生すると、水車ランナーブレードの強制振動を引き起こし、水車の正常な運転にも影響を及ぼします。この強制振動の周波数がランナーブレードの固有振動数と倍数関係にある場合、水車ランナーブレードに亀裂が生じ、場合によってはブレード破損につながる可能性があります。
さらに、水車の安定運転に影響を与えるもう一つの要因、すなわち水力要因があります。水車ユニットの運転条件が水車設計条件から逸脱すると、翼の入口と出口で流れの剥離現象が発生します。流れの剥離現象の発生頻度が不安定なため、被害の程度も異なります。水車の水力モデルは、水力発電所全体の動力源です。
水車ユニットの科学的かつ合理的な構造設計、加工、製造は、水車運転の安定性を効果的に向上させます。その構造設計と製造に影響を与える主な要因は次のとおりです。
① 流路部品の場合、流路内の流体圧力が流路部品に作用すると、応力が発生します。応力が増加すると、部品の弾性変形につながります。また、流体が攪拌されると、各部品も振動します。水流の振動周波数が部品の固有振動数と同じ場合、共振が発生し、深刻な騒音公害を引き起こすだけでなく、水車ユニットの正常な運転にも影響を与えます。特に、大型で低速の水車ユニットの場合、その固有振動数は水力の低振動数に非常に近いため、共振の影響を受けやすくなります。
②加工技術の影響。水車ユニットの加工製造において、ブレードの加工精度が不十分であったり、部品の溶接工程に誤差があったりすると、ブレードの入口と出口の開度が不均一になり、最終的には水車ユニットのエンジンに振動問題が生じます。
③ ラビリンスリングを加工する場合、楕円度が大きいとユニットの振動問題も発生します。
さらに、水車ユニットの設置品質も水車ユニットの安定運転に影響を与えます。水車ユニットを構成する各部品のうち、ガイドベアリングが互いに同心でなかったり、軸がずれていると、水圧振動やベアリング部品の振動が発生します。
投稿日時: 2021年9月22日
