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1、混流式水轮机尾水管压力脉动特征信息探究近年来，随着混流式水轮机装机尺寸与单机容量逐渐增大，水轮机的稳定性 问题日益突出。其中尾水管压力脉动是造成机组运行不稳定的主要原因之一，它 会诱发机械振动,使转轮叶片产生裂纹，影响机组的稳定运行。为了研究尾水管内压力脉动的特性情况,本文从水轮机尾水管压力脉动试验 所得数据出发，研究不同水头段混流式水轮机在不同相对流量区域内的尾水管压 力脉动特性以及原型机尾水管压力脉动在不同出力下的脉动特性,并对比分析原 模型水轮机压力脉动变化情况，最后提出一种提取尾水管涡带特征的新方法,为 水轮机安全稳定运行提供了一定的参考。主要研究内容如下:探究不同流量区域 内混流式模
2、型水轮机尾水管幅值特性和频域特性变化规律及形成原因。在较小的相对流量区域附近，由于偏离最优工况区较远，受转轮进口水流冲 击、次生水冲击等的影响,其压力脉动相对幅值变化范围较大，其最大幅值大体与 涡带压力脉动最大幅值相当，并且其频率成分复杂，频带较宽。在中间相对流量区 域附近，该流量区为涡带工况区,其频率成分基本上在0.20.5倍的转频附近， 同时发现在此流量区域内频率幅值最大的流量区域大致在0.70.8这个相对流 量区间附近，其压力脉动相对幅值的变化整体上先增大后减小。相对流量区域0.91.1附近，整体上在此区间内相对压力脉动幅值达到最 小值，此区间内，尾水管中的流动大致是轴向的，流动阻力及离
3、心力都非常小，无 涡带形成，压力脉动波动小，频谱类似于白噪声信号的频谱。相对流量区域1.1 1.3附近，此相对流量区间内频率成分也相对复杂，有点类似小开度区间,其相对 频率f1/fn既有涡带频率，也有多倍转频大小的频率成分,主要与直涡带的强度 有关,直涡带的频率幅值较大的话，会出现一个显著的增幅。同时由于偏离最优工况,存在转轮进口水流负冲角的影响，由于其流量区域 较窄且偏离最优流量较小，其受到的影响相对要小,其相对压力脉动幅值相较小 开度要小很多。探究了混流式原型机尾水管压力脉动特性随出力的变化情况，并 对比分析原模型压力脉动的相似性。最终发现原型机尾水管压力脉动特性随出力的变化规律与模型试验
4、数据所 得结果基本一致，主要差异还是在小开度区间上。对比分析原模型压力脉动，其主 频随出力变化基本一致，相对压力脉动幅值在小开度区间、大开度区间存在差异, 其他出力下基本一致。提出了一种新的尾水管提取涡带特征的方法，利用变模态分解方法和样本熵 算法,对不同出力下的原型水轮机尾水管压力脉动信号进行特征提取，并将所得 限带模态函数的样本熵构分别计算其最大值和均值,作为尾水管压力脉动信号涡 带识别的特征矢量T。该特征矢量T具有较好的敏感性，能敏锐反映尾水管内涡 带变化情况,能有效提取到尾水管中涡带的信息，具有较好识别和量化尾水管内 涡带状态的能力。最后通过对国内某电站尾水管压力脉动情况分析表明，基于VMD算法和样本 熵的特征提取方法能够有效识别尾水管涡带的状态,可较好的应用于水轮机的运 行保障领域。
