[发明专利]一种大负荷鼓形涡上下窜动压力脉动频率的确定方法

说明书

本发明公开了一种大负荷鼓形涡上下窜动压力脉动频率的确定方法，包括以下两种形式：第一种，在水轮机尾水管肘管设置肘管左测点、肘管右测点和尾水管底测点，在肘管左测点、肘管右测点和尾水管底测点分别布置压力脉动传感器，使压力脉动传感器靠近鼓形涡上下窜动的发源处或主要作用区，测量大负荷工况、尾水管出现鼓形涡时的压力脉动，通过快速傅里叶分析获得大负荷鼓形涡的上下窜动频率；第二种，采用高速摄影设备透过尾水管直锥段的有机玻璃对转轮叶片出水边出现的鼓形涡空化空腔进行特定频率f_h高速拍摄，再采用逐帧比对的方式确定相邻两帧空腔直径最大鼓形涡照片相隔帧数n_p，则鼓形涡压力脉动频率为摄影频率与相隔帧数之比，即鼓形涡压力脉动频率f＝f_h/n_p。

技术领域

本发明涉及水力机械技术领域，具体涉及一种大负荷鼓形涡上下窜动压力脉动频率的确定方法。

背景技术

混流式水轮机尾水管涡带压力脉动是造成机组振动超标、电站不能稳定运行的主要原因之一，给国内外许多水电站带来了机组振动严重、噪声大、厂房振动大等问题，有的甚至造成尾水管撕裂、转轮叶片断裂掉块、厂房剧烈振动等破坏，危害极大。尾水管涡带压力脉动共分为两种，即部分负荷压力脉动和大负荷压力脉动。部分负荷压力脉动由偏心螺旋形涡带引起，而大负荷压力脉动多由鼓形涡引起。在上述尾水管涡带压力脉动中涡带最突出的特征是涡带基本没有偏心，而为直涡，如图1所示，在空化系数较小、单位流量较大工况下的空化空腔直径比较粗，多数呈鼓形，又称“纺锤形”，因而被称为“鼓形涡”。

尾水管直涡虽没有偏心涡带压力脉动那样强大的偏心力，但破坏力一样惊人，常会造成转轮的叶片出水边撕裂掉块，尾水管底板开裂，振动和噪声也非常强烈。究其原因，是因为该直涡在较小空化系数下，会发展成鼓形涡或葫芦状涡，会因为空化空腔的膨胀-收缩而衍生出附加压力脉动，并进一步导致鼓形涡空腔内下部水体的“上下窜动”。其中，这里的“膨胀-收缩”即鼓形涡空腔直径的“变粗-变细”。该“上下窜动”的力作用在转轮出水边造成转轮叶片断裂，作用在尾水管底板造成底板撕裂。

但是，从已经公开的文献资料来看，过去的研究多着重于尾水管偏心涡带，已知尾水管偏心涡带频率是转速频率的0.2～0.5倍；但对于鼓形涡则研究较少，对鼓形涡的频率更知之甚少，使得我们很难判断什么频率的振动由该类涡带压力脉动引起。其原因是多方面的，如图1所示，最主要的原因是目前的尾水管压力脉动测点4多设置在尾水管的直锥管3，通常为距转轮1的叶片出水边11的0.3倍转轮出水边直径处。鼓形涡2膨胀-收缩和上下窜动引起的压力脉动主要影响到尾水管中下部，鼓形涡2下部已伸至肘管5。而尾水管直锥管3在0.3倍轮出水边直径的高程的左测量位置42和右测量位置41离转轮1太近，对鼓形涡压力脉动不敏感，很难测量到鼓形涡压力脉动频率，在大负荷测量的压力脉动主频多为转速频率。因此，有必要研究尾水管直涡压力脉动频率的测量方法，探索该频率和转速频率关系，为提出大负荷涡带压力脉动诊断方法奠定基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种大负荷鼓形涡上下窜动压力脉动频率的确定方法，用以探索该频率和转速频率关系，为提出大负荷涡带压力脉动诊断方法奠定基础。

本发明提供一种大负荷鼓形涡上下窜动压力脉动频率的确定方法，包括以下两种形式：

第一种，在尾水管肘管外侧、内侧和底板分别增加设置肘管左测点、肘管右测点和尾水管底测点，其中，肘管左测点、肘管右测点和尾水管底测点均为压力脉动测点，在肘管左测点、肘管右测点和尾水管底测点分别布置压力脉动传感器，使压力脉动传感器靠近鼓形涡上下窜动的发源处或主要作用区，测量大负荷工况、尾水管出现鼓形涡时的压力脉动，通过快速傅里叶分析获得大负荷鼓形涡的上下窜动频率；