2.1　水力激振力

（1）涡带压力脉动。混流式水轮机和轴流定浆式水轮机在偏离最优工况运行时（一般在40%～60%额定负荷），转轮出口水流切向分速度增大，水流中所具有的环量使尾水管中心产生低压并形成涡带，此涡带呈螺旋形摆动并引起尾水管涡带压力脉动，这样在尾水管壁固定点上就会产生一个周期性变化的压力，其周期就是涡核旋转一周的时间，频率大约为：f涡≈（1/3～1/5）fn，幅值随不同机组而有所不同，约在50%额定开度时最大。

防止和消除尾水管压力脉动的方法主要有以下几个方面：①消除或减小尾水管内水流的旋转；②消除涡核在尾水管断面上的偏心距；③消除死水区；④主流区与死水区隔离开来等。

（2）类转频压力脉动。类转频压力脉动一般产生在导叶后和转轮前，其频率接近转速频率fn，或大于或小于fn，但从不等于fn；类转频压力脉动只有引起水体共振时对机组影响较大，主要补救措施有转轮上腔补气。

（3）迷宫压力脉动。当水轮机迷宫的转动部分不对称或由于主轴摆度而发生周期性振动时，迷宫间隙就发生周期性变化，迷宫中产生一个瞬时不均匀或不成中心对称的旋转压力场，此时可测到一个同样周期的压力脉动。迷宫压力脉动除与迷宫进、出口的压力差、阻力系数、迷宫间隙的变化率有关外，由它引起的作用在转轮上的径向不平衡力与迷宫的轴向长度有关；迷宫压力脉动一般为转速频率，可作为总水力不平衡的一部分增大机组特别是水轮机的摆度，在一定条件下也能引起水轮机的自激振动。

要减少迷宫压力脉动引起的径向不平衡力采用以下方法：①减少迷宫静、动部分的偏心；②减少迷宫间隙的轴向尺寸；③增大迷宫间隙尺寸；④采用不同形式的迷宫结构来实现减少迷宫压力脉动。

（4）卡门涡。水轮机上卡门涡一般出现在固定导叶、活动导叶和转轮叶片的出水边，当发生共振时叶片的动应力很大，甚至超过最大静应力，加上其频率较高，因而很快使叶片发生疲劳甚至完全断裂；预防疲劳破坏的具体办法就是确定材料在工作条件下的疲劳极限，并使机器部件的实际交变应力小于材料的疲劳极限，材料在水中的疲劳极限为空气中的一半。

转轮卡门涡的频率可用下式计算：

式中：Sh为斯特鲁哈数；w为叶片出水边处相对速度；δ为叶片出水边脱流处厚度。

卡门涡共振的最显著特征是，在共振时出现较强的、频率较单一的噪声或金属共鸣声，测量这一频率并与计算值比较就可判断是否发生了由卡门涡引起的共振情况。

根据国内外经验，叶片出水边较厚的转轮容易发生卡门涡共振，所以比较简单的方法就是减薄叶片出水边的厚度并改变其叶形来改变卡门涡的频率以避免共振或者完全消除卡门涡现象。