一种大负荷鼓形涡上下窜动压力脉动频率的确定方法技术

本发明专利技术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

【技术实现步骤摘要】
一种大负荷鼓形涡上下窜动压力脉动频率的确定方法


[0001]本专利技术涉及水力机械
，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。

技术介绍

[0002]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”。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]本专利技术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。
[0006]本专利技术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：
[0007]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；
[0008]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
。
[0009]具体地，当第i个空腔直径最大照片为第n
i
帧，而第i+1个空腔直径最大照片为第n
i+1
帧，则相邻两帧空腔直径最大鼓形涡照片相隔帧数n
p
＝n
i+1
‑
n
i
。
[0010]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0011]本专利技术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，在尾水管肘管内侧、外侧或底板分别设置测点并与测点上安装压力脉动传感器，利用传感器测量分析大负荷鼓形涡频率的方法，该方法不需要高精尖设备，测量和分析频率能满足测量要求，和其他传感器同步采集测量，操作简单方便。采用高速摄影确定鼓形涡频率的方法需采用高速摄影设备，设备采购费用较高，操作程序也比较复杂，但应用该方法不仅能精确确定鼓形涡上下窜动的频率，还能了解鼓形涡压力脉动的产生形成机理，了解该压力脉动的产生过程及危害机制。本专利技术公开的大负荷鼓形涡上下窜动频率的确定方法，均通过水轮机试验实现，均可独立达成确定鼓形涡频率之目标，有助于弄清楚大负荷鼓形涡频率及危害特征，以便于在电站应用振动及压力脉动频率判断是否发生鼓形涡压力脉动危害。
附图说明
[0012]图1为本专利技术实施例1提供的混流式水轮机转轮、鼓形涡及尾水管测点布置示意图。
[0013]附图标记说明：1
‑
转轮；11
‑
叶片出水边；2
‑
鼓形涡；3
‑
尾水管直锥管；41
‑
锥管右测量位置；42
‑
锥管左测量位置；43
‑
肘管左测点；44
‑
肘管右测点；45
‑
尾水管底测点；5
‑
尾水管肘管。
具体实施方式
[0014]以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。
[0015]实施例1
[0016]实施例1提供大负荷鼓形涡上下窜动压力脉动频率的确定方法，包括以下内容：
[0017]该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：
[0018]第一种，参考图1，在尾水管肘管5外侧(+Y方向)、内侧(
‑
Y方向)和底板分别增加设置肘管左测点43、肘管右测点44和尾水管底测点45，其中，肘管左测点43、肘管右测点44和尾水管底测点45均为压力脉动测点，在肘管左测点43和肘管右测点44和尾水管底测点45分别布置压力脉动传感器，使压力脉动传感器靠近鼓形涡2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(FFT)获得大负荷鼓形涡的上下窜动频率。
[0019]第二种，采用高速摄影设备透过尾水管直锥段3的有机玻璃对转轮1的叶片出水边
11出现的鼓形涡2的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
。
[0020]具体地，当第i个空腔直径最大照片为第n
i
帧，而第i+1个空腔直径最大照片为第n<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种大负荷鼓形涡上下窜动压力脉动频率的确定方法，其特征在于，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，在肘管左测点和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水轮机尾水管直锥段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...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄美信，吴金荣，徐洪泉，张驰也，范圣建，王万鹏，王蒙，廖翠林，林巧锋，马毅森，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院北京中水科水电科技开发有限公司，
类型：发明
国别省市：