空化对轴流式水轮机尾水管压力脉动和转轮振动的影响.pdfVIP

第 37 卷 第 11 期 农 业 工 程 学 报 Vol.37 No.11 40 2021 年 6 月 Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering Jun. 2021 空化对轴流式水轮机尾水管压力脉动和转轮振动的影响 1 1 1,2※ 1,2 朱国俊 ，李 康 ，冯建军 ，罗兴锜 （1. 西安理工大学水利水电学院，西安 710048 ；2. 浙江富安水力机械研究所，杭州 311121 ） 摘 要：研究空化对轴流式水轮机尾水管压力脉动和转轮振动的影响规律，可为改善轴流式水轮机运行稳定性提供理论 依据。该研究构建了包含高速摄像、激光测振仪（Laser Doppler Vibrometer ，LDV ）及高频压力脉动传感器的同步测试系 统，并通过该系统获得了变空化系数下轴流式水轮机压力脉动数据、转轮径向振动数据及空化图像资料。综合变分模态 分解（Variational Mode Decomposition ，VMD ）、频谱分析以及互相关分析法，揭示了空化对轴流式转轮振动和尾水管压 力脉动的影响规律。结果表明：进入空化发展阶段后，尾水管锥管上的压力脉动幅值与转轮径向振动幅值会随空化程度 的增加而提高；针对该研究的轴流式水轮机模型，转轮完全空化后，压力脉动峰峰值和转轮径向振动速度峰峰值是无空 化时的 9.16 和 10.12 倍；空化所导致的转轮径向振动速度信号的中高频幅值提升局限于 12.0～200.0 倍转频的频率范围内； 空化程度的增加还会导致压力脉动出现高频能量局部极值迁移现象，增加了其诱发机组共振的可能性。该研究对提升农 业水利工程中轴流式水电站的经济性和运行稳定性有重要意义。 关键词：水力发电；轴流式水轮机；空化；压力脉动；转轮径向振动；信号处理；频域分析 doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.11.005 + 中图分类号：TK733 .3 文献标志码：A 文章编号：1002-6819(2021)-11-0040-10 朱国俊，李康，冯建军，等. 空化对轴流式水轮机尾水管压力脉动和转轮振动的影响[J]. 农业工程学报，2021，37(11)： 40-49. doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.11.005 Zhu Guojun, Li Kang, Feng Jianjun, et al. Effects of cavitation on pressure fluctuation of draft tube and runner vibration in a Kaplan turbine[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2021, 37(11): 40-49. (in Chinese with English abstract) doi ：10.11975/j.issn.1002-6819.2021.11.005