張金偉

摘 要：相關(guān)實踐已經(jīng)表明，水輪機尾水管產(chǎn)生壓力脈動將會對整個機組造成嚴重影響。首先由于其會導致整個機組的振動幅度擴大，導致嚴重噪聲出現(xiàn)，這是對整個機組造成的危害；而導致葉片破壞，并且在整個機械部位出現(xiàn)裂紋，導致設(shè)備磨損，這是對設(shè)備造成的破壞。針對這個問題，現(xiàn)在國內(nèi)外對于新型機械的生產(chǎn)和舊型機械的改造上都對嚴格限制壓力脈動方面的問題，并且直接表述在合同文書之上。所以這樣看來，無論生產(chǎn)單位還是業(yè)主廠家都應(yīng)該對脈動指標給予高度重視，這樣才能不斷提高設(shè)備的設(shè)計和生產(chǎn)水平。關(guān)鍵詞：水輪機；尾水管；壓力脈動；測試分析針對原型水輪機尾水管進行壓力脈動指標的測量本身涉及到的環(huán)節(jié)是非常多的，不僅有基本的測試設(shè)備和方法，還有數(shù)據(jù)分析和工況、信號采集等等，不難看出，壓力脈動測試本身是非常復(fù)雜的，這就需要我們在現(xiàn)場嚴格按照相應(yīng)的要求和規(guī)定來開展測試和分析，這樣才能保證結(jié)果的準確性，然而目前對于這一方面的內(nèi)容，我們也缺乏相關(guān)的文獻。本文針對這項內(nèi)容的前期準備工作和具體測試關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)進行簡要介紹，希望可以給相關(guān)工作的開展提供一些參考。1 關(guān)于前期準備工作1.1 選定機組如果該生產(chǎn)線生產(chǎn)機組型號相同，其結(jié)構(gòu)布置上也有很高相似度，那么就可以僅僅選用一臺機組。但是在實際生產(chǎn)過程中，制造質(zhì)量并不能完全保證，同時制造工藝方面也有一定的影響，所以即便水輪機的型號完全相同，其質(zhì)量方面也會存在明顯區(qū)別。在這種情況之下，具體選擇哪些機組來進行實驗，完全可以參照實際情況進行選擇，正常來所，選取在壓力脈動指標方面存在疑問的機組進行試驗是最常見的做法。1.2 選定水頭如果使用不同水頭，那么壓力脈動數(shù)值也會產(chǎn)生較大的差距。在原則上以技術(shù)合同中規(guī)定的水頭為主，如果合同中沒有明確規(guī)定，則直接由業(yè)主方選定。正常來說應(yīng)該包括高、中、低三種水頭，如果應(yīng)用不同水頭取得的實驗數(shù)據(jù)差距較大，可以加入1-2個水頭，同時應(yīng)該保證其中有而定水頭，并且將額定水頭作為最重要的標準。1.3 重視試驗方法的選擇在試驗方法的選擇上正常來說應(yīng)該結(jié)合合同的具體要求來進行選擇。正常來說，應(yīng)該選擇專用傳感器械和實驗儀器來進行試驗。正常來說，壓力脈動的頻率可能較高，所以應(yīng)該將實驗儀器的頻率范圍進行調(diào)整，避免無法讀數(shù)。在正常情況下，實驗需要結(jié)合水輪機工作水頭來加以對比，這樣才能測量出發(fā)電流量和水頭的損失，這是一項非常重要的工作，進而確保水輪機水頭選擇的正確性。首先需要業(yè)主和廠家以及測試方加以討論這樣才能確定實驗用的水頭，相關(guān)儀器情況都應(yīng)該體現(xiàn)在檢測報告之中。1.4 確定實驗日期和具體流程正常來說，實驗日期應(yīng)該結(jié)合電站的具體情況來確定，但是正常來說，壓力脈動實驗這項內(nèi)容不應(yīng)該超過合同保證其里進行，并且應(yīng)該保證設(shè)備沒有被改動的時候進行。就普遍情況來說，在投入運行6個月以內(nèi)都可以進行壓力脈動實驗。關(guān)于實驗流程應(yīng)該編訂一個試驗大綱，在上述工作全部完畢之后才能進行編寫。試驗大綱在定稿之前首先需要業(yè)主和廠家進行審批，其中關(guān)鍵內(nèi)容包括有實驗的目的，觀測的項目、具體實驗開展的方式，所需要用到的設(shè)備、人員安排、相應(yīng)的安全措施、實驗開展的時間等等。2 水輪機尾水管壓力脈動測試關(guān)鍵控制點2.1 水輪機尾水管壓力脈動測點位置選取水輪機尾水管壓力脈動測點位置選取一般有兩種方法：首先應(yīng)按技術(shù)合同條款執(zhí)行；其次在技術(shù)合同條款無明確表述，或現(xiàn)場測試位置無法滿足合同條款時，應(yīng)各方協(xié)商，按照IEC或各方接受的規(guī)程標準執(zhí)行。無論采用哪種方法，壓力脈動測試位置均應(yīng)盡可能地靠近取壓口。2.2 水輪機尾水管壓力脈動測試傳感器選取壓力脈動傳感器應(yīng)該具備適合水力發(fā)電機組的基本特性，包括靈敏度、量程、精度等，同時具有良好的工作性能，包括產(chǎn)品本身的長期穩(wěn)定性、壽命、適應(yīng)環(huán)境的能力等指標。尾水管壓力脈動測量時應(yīng)選用高品質(zhì)、具有廣泛應(yīng)用業(yè)績的產(chǎn)品。流體壓力傳感器是利用某些材料的壓電效應(yīng)，將壓力轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘柕膫鞲衅?。從理論上講，同一只傳感器，其輸出的平均值為壓力，交變值為脈動。但從分析診斷的角度選擇，用于測量壓力的傳感器和測量脈動的傳感器是不一樣的。壓力脈動傳感器要求動態(tài)響應(yīng)時間至少小于1ms，能夠分析200Hz以上的脈動頻率。測量水頭、水位等的壓力傳感器要求有較高的測量精度，至少為0.2級，這樣的傳感器一般動態(tài)響應(yīng)頻率都較低。壓力脈動傳感器測量范圍應(yīng)能滿足流道中可能出現(xiàn)的最高壓力或負壓。2.3 水輪機尾水管壓力脈動測試工況選取進行原型水輪機尾水管壓力脈動測試時，應(yīng)分別在穩(wěn)態(tài)工況和脈動區(qū)工況進行。水輪機技術(shù)合同中對尾水管壓力脈動的考核指標往往是針對不補氣工況，因此，無論是穩(wěn)態(tài)工況還是和脈動區(qū)工況測試，均應(yīng)在補氣和不補氣兩種狀態(tài)下進行。注意不補氣工況進行尾水管壓力脈動測試時，應(yīng)將所有可能導致進氣的通道進行封堵，以避免對測試結(jié)果的爭議。如有必要，在補氣工況下進行尾水管壓力脈動測試時，可采用其他方式同步測量補氣量和機組相對效率，以分析掌握補氣對尾水管壓力脈動和機組相對效率的影響，并判斷與模型試驗的一致性。2.4 水輪機尾水管壓力脈動測試中的抗干擾措施水輪機尾水管壓力脈動測試時，應(yīng)采取各種手段最大幅度地減少各種干擾信號，確保壓力脈動信號的真實性。一般來講，以下方面需嚴格控制：（1）信號采集單元應(yīng)采用鋁合金機箱，具有抗電磁輻射結(jié)構(gòu)；應(yīng)采用工業(yè)級芯片或模塊，減小溫漂和時漂；信號采集箱內(nèi)電路設(shè)計應(yīng)采用多種抗干擾技術(shù)。（2）與外部系統(tǒng)的連接采用光電隔離技術(shù)。（3）測試裝置模擬信號通道應(yīng)至少配置6階抗混濾波器（低通），抑制各種高頻干擾信號。（4）模擬信號應(yīng)采用4線差分輸入方式，高共模抑制比，采集裝置應(yīng)采用接地措施，充分抑制引線干擾。壓力脈動傳感器測試電纜應(yīng)帶有屏蔽層。3 結(jié)束語經(jīng)過前文總結(jié)我們不難發(fā)現(xiàn)，針對原型水輪機尾水管進行脈動測試，雖然看似簡單，但實際上在實踐過程中有很廣泛的牽涉范圍，每個環(huán)節(jié)之間的關(guān)系非常緊密，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)疏漏都會從整體上影響到整個測試的結(jié)果，甚至會導致糾紛問題的出現(xiàn)。隨著我國技術(shù)的進步，水輪機制造無論是質(zhì)量還是精度都在提高，所以現(xiàn)階段的實驗正在不斷從原型向模型轉(zhuǎn)變。但是目前來看，水輪機的壓力脈動測試仍然是一項非常重要的實驗內(nèi)容，所以需要我們采取有效技術(shù)手段，在實驗的每一個步驟上都嚴格按照相應(yīng)的規(guī)范來進行，這樣才能不斷提高整個實驗的準確率。參考文獻[1]Melot，董慧瑩.利用瞬態(tài)計算流體動力學方法預(yù)測混流式水輪機尾水管壓力脈動[J].國外大電機，2015（4）：7-11.[2]鈄錦周，王衛(wèi)玉，陳啟卷.改進EMD降噪方法在水輪機尾水管壓力脈動信號中的應(yīng)用[J].水電能源科學，2017（5）：157-160.[3]汪坤.混流式水輪機全流道湍流流場的數(shù)值模擬研究[D].昆明理工大學，2015.[4]王林.混流式水輪機轉(zhuǎn)輪泄水錐幾何形狀對尾水管壓力脈動的影響研究[D].西安理工大學，2015.