相共振是一種特殊的水力現象,主要發生在水電站的水力機組中。它是由於動靜乾涉產生的壓力波在蝸殼及高壓側管路中傳播和疊加的結果。具體來說,動靜乾涉會導致每個導葉流道內產生一個壓力場的波動,這個波動會向上游的蝸殼和管道傳播。每個活動導葉流道都相當於一個波源或激振源,產生的壓力波特徵頻率是轉輪葉片通過頻率及其倍頻。由於導葉與轉輪發生的動靜乾涉次序不同,這些導葉流道產生的壓力波之間存在相位差。如果轉輪葉片數和導葉數的選擇不合理,這些壓力波的相位可能相同,導致幅值疊加,從而使水力激振力極度放大,引起壓力鋼管振動、高分貝噪聲、高強度壓力脈動和廠房振動等嚴重後果。
相共振的發生與機組的流道尺寸、轉速、水中壓力波的傳播速度以及轉輪葉片數和導葉數有關。在設計階段,必須對相位共振進行風險評估,以確保選擇的葉片數和導葉數匹配,避免高風險的搭配。例如,某蓄能機組在低水頭運行時,隨著流量和出力的增加,由導葉尾流和轉輪葉片頭部壅壓駐流引起的動靜乾涉強度逐漸增加。這種逐漸增強的壓力模態通過頂蓋導水機構往上游傳播,與結構部件如頂蓋耦合促髮結構共振;傳播至蝸殼內形成相位共振,與廠房土建結構耦合促發廠房共振。
總結來說,相共振是一種由於水力機組中動靜乾涉產生的壓力波疊加而引起的現象,它可能導致嚴重的設備損壞和安全問題。因此,在設計和運行水力機組時,必須對其進行充分的評估和預防措施。