张金伟

摘 要：相关实践已经表明，水轮机尾水管产生压力脉动将会对整个机组造成严重影响。首先由于其会导致整个机组的振动幅度扩大，导致严重噪声出现，这是对整个机组造成的危害；而导致叶片破坏，并且在整个机械部位出现裂纹，导致设备磨损，这是对设备造成的破坏。针对这个问题，现在国内外对于新型机械的生产和旧型机械的改造上都对严格限制压力脉动方面的問题，并且直接表述在合同文书之上。所以这样看来，无论生产单位还是业主厂家都应该对脉动指标给予高度重视，这样才能不断提高设备的设计和生产水平。关键词：水轮机；尾水管；压力脉动；测试分析针对原型水轮机尾水管进行压力脉动指标的测量本身涉及到的环节是非常多的，不仅有基本的测试设备和方法，还有数据分析和工况、信号采集等等，不难看出，压力脉动测试本身是非常复杂的，这就需要我们在现场严格按照相应的要求和规定来开展测试和分析，这样才能保证结果的准确性，然而目前对于这一方面的内容，我们也缺乏相关的文献。本文针对这项内容的前期准备工作和具体测试关键控制环节进行简要介绍，希望可以给相关工作的开展提供一些参考。1 关于前期准备工作1.1 选定机组如果该生产线生产机组型号相同，其结构布置上也有很高相似度，那么就可以仅仅选用一台机组。但是在实际生产过程中，制造质量并不能完全保证，同时制造工艺方面也有一定的影响，所以即便水轮机的型号完全相同，其质量方面也会存在明显区别。在这种情况之下，具体选择哪些机组来进行实验，完全可以参照实际情况进行选择，正常来所，选取在压力脉动指标方面存在疑问的机组进行试验是最常见的做法。1.2 选定水头如果使用不同水头，那么压力脉动数值也会产生较大的差距。在原则上以技术合同中规定的水头为主，如果合同中没有明确规定，则直接由业主方选定。正常来说应该包括高、中、低三种水头，如果应用不同水头取得的实验数据差距较大，可以加入1-2个水头，同时应该保证其中有而定水头，并且将额定水头作为最重要的标准。1.3 重视试验方法的选择在试验方法的选择上正常来说应该结合合同的具体要求来进行选择。正常来说，应该选择专用传感器械和实验仪器来进行试验。正常来说，压力脉动的频率可能较高，所以应该将实验仪器的频率范围进行调整，避免无法读数。在正常情况下，实验需要结合水轮机工作水头来加以对比，这样才能测量出发电流量和水头的损失，这是一项非常重要的工作，进而确保水轮机水头选择的正确性。首先需要业主和厂家以及测试方加以讨论这样才能确定实验用的水头，相关仪器情况都应该体现在检测报告之中。1.4 确定实验日期和具体流程正常来说，实验日期应该结合电站的具体情况来确定，但是正常来说，压力脉动实验这项内容不应该超过合同保证其里进行，并且应该保证设备没有被改动的时候进行。就普遍情况来说，在投入运行6个月以内都可以进行压力脉动实验。关于实验流程应该编订一个试验大纲，在上述工作全部完毕之后才能进行编写。试验大纲在定稿之前首先需要业主和厂家进行审批，其中关键内容包括有实验的目的，观测的项目、具体实验开展的方式，所需要用到的设备、人员安排、相应的安全措施、实验开展的时间等等。2 水轮机尾水管压力脉动测试关键控制点2.1 水轮机尾水管压力脉动测点位置选取水轮机尾水管压力脉动测点位置选取一般有两种方法：首先应按技术合同条款执行；其次在技术合同条款无明确表述，或现场测试位置无法满足合同条款时，应各方协商，按照IEC或各方接受的规程标准执行。无论采用哪种方法，压力脉动测试位置均应尽可能地靠近取压口。2.2 水轮机尾水管压力脉动测试传感器选取压力脉动传感器应该具备适合水力发电机组的基本特性，包括灵敏度、量程、精度等，同时具有良好的工作性能，包括产品本身的长期稳定性、寿命、适应环境的能力等指标。尾水管压力脉动测量时应选用高品质、具有广泛应用业绩的产品。流体压力传感器是利用某些材料的压电效应，将压力转变为电信号的传感器。从理论上讲，同一只传感器，其输出的平均值为压力，交变值为脉动。但从分析诊断的角度选择，用于测量压力的传感器和测量脉动的传感器是不一样的。压力脉动传感器要求动态响应时间至少小于1ms，能够分析200Hz以上的脉动频率。测量水头、水位等的压力传感器要求有较高的测量精度，至少为0.2级，这样的传感器一般动态响应频率都较低。压力脉动传感器测量范围应能满足流道中可能出现的最高压力或负压。2.3 水轮机尾水管压力脉动测试工况选取进行原型水轮机尾水管压力脉动测试时，应分别在稳态工况和脉动区工况进行。水轮机技术合同中对尾水管压力脉动的考核指标往往是针对不补气工况，因此，无论是稳态工况还是和脉动区工况测试，均应在补气和不补气两种状态下进行。注意不补气工况进行尾水管压力脉动测试时，应将所有可能导致进气的通道进行封堵，以避免对测试结果的争议。如有必要，在补气工况下进行尾水管压力脉动测试时，可采用其他方式同步测量补气量和机组相对效率，以分析掌握补气对尾水管压力脉动和机组相对效率的影响，并判断与模型试验的一致性。2.4 水轮机尾水管压力脉动测试中的抗干扰措施水轮机尾水管压力脉动测试时，应采取各种手段最大幅度地减少各种干扰信号，确保压力脉动信号的真实性。一般来讲，以下方面需严格控制：（1）信号采集单元应采用铝合金机箱，具有抗电磁辐射结构；应采用工业级芯片或模块，减小温漂和时漂；信号采集箱内电路设计应采用多种抗干扰技术。（2）与外部系统的连接采用光电隔离技术。（3）测试装置模拟信号通道应至少配置6阶抗混滤波器（低通），抑制各种高频干扰信号。（4）模拟信号应采用4线差分输入方式，高共模抑制比，采集装置应采用接地措施，充分抑制引线干扰。压力脉动传感器测试电缆应带有屏蔽层。3 结束语经过前文总结我们不难发现，针对原型水轮机尾水管进行脉动测试，虽然看似简单，但实际上在实践过程中有很广泛的牵涉范围，每个环节之间的关系非常紧密，任何一个环节出现疏漏都会从整体上影响到整个测试的结果，甚至会导致纠纷问题的出现。随着我国技术的进步，水轮机制造无论是质量还是精度都在提高，所以现阶段的实验正在不断从原型向模型转变。但是目前来看，水轮机的压力脉动测试仍然是一项非常重要的实验内容，所以需要我们采取有效技术手段，在实验的每一个步骤上都严格按照相应的规范来进行，这样才能不断提高整个实验的准确率。参考文献[1]Melot，董慧莹.利用瞬态计算流体动力学方法预测混流式水轮机尾水管压力脉动[J].国外大电机，2015（4）：7-11.[2]钭锦周，王卫玉，陈启卷.改进EMD降噪方法在水轮机尾水管压力脉动信号中的应用[J].水电能源科学，2017（5）：157-160.[3]汪坤.混流式水轮机全流道湍流流场的数值模拟研究[D].昆明理工大学，2015.[4]王林.混流式水轮机转轮泄水锥几何形状对尾水管压力脉动的影响研究[D].西安理工大学，2015.