水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)的測試及方法研究

郭全寶

摘 要：隨著國家整體實(shí)力的提升以及科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步，水利工程以及水利發(fā)電領(lǐng)域的發(fā)展得到了不小的創(chuàng)新與突破。在近幾年的發(fā)展中，很多科研團(tuán)隊(duì)對相關(guān)工程領(lǐng)域中涉及到的設(shè)備或技術(shù)手段進(jìn)行了全方位的研究，并對相關(guān)水利設(shè)備的應(yīng)用原理和特點(diǎn)進(jìn)行了深入的分析，從而提高設(shè)備的應(yīng)用價(jià)值與效果。水輪機(jī)作為相關(guān)水利工程項(xiàng)目中的重要設(shè)備，不僅受到了很多科研團(tuán)隊(duì)的關(guān)注，研究團(tuán)隊(duì)還對其模型和壓力測試方面的內(nèi)容展開了深入研究，以此來提高水輪機(jī)的運(yùn)作效率。本篇文章就水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)的測試及方法進(jìn)行簡單的論述，僅供相關(guān)研究人士參考。關(guān)鍵詞：水輪機(jī)模型；壓力；測試；方法水輪機(jī)在國家水利資源開發(fā)以及水利發(fā)電等領(lǐng)域的發(fā)展中扮演著至關(guān)重要的角色，在近幾年的發(fā)展中受到了很多研究團(tuán)隊(duì)的關(guān)注。除了水輪機(jī)運(yùn)作中涉及到的技術(shù)手段和制作工藝等，一些科研團(tuán)隊(duì)還對水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)的測試展開了進(jìn)一步的研究。一方面是國家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科技實(shí)力同步提高的影響，另一方面是由于一些傳統(tǒng)的測試手段已經(jīng)不能很好的滿足水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)研究的需要，需要對相應(yīng)的方法和手段等進(jìn)行更新變革才能為研究工作的進(jìn)一步開展提供有利條件。1 水輪機(jī)模型的意義水輪機(jī)相似理論是研究相似水輪機(jī)之間存在的相似規(guī)律，并確定運(yùn)行參數(shù)之間換算關(guān)系的理論。目前水輪機(jī)相似理論已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水輪機(jī)設(shè)計(jì)、制造、選型和最佳運(yùn)行方案選擇上，但由于水輪機(jī)水流條件復(fù)雜性，根據(jù)水輪機(jī)模型方法研究水輪機(jī)真機(jī)的相關(guān)特性，必須在保證水流運(yùn)動(dòng)相似的條件下進(jìn)行。由于水輪機(jī)組的電力工程屬性普遍有著規(guī)模大、投資高、建設(shè)難的問題，水輪機(jī)試驗(yàn)人員在對水輪機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)、制造、選型等工作時(shí)無條件用真機(jī)對水輪機(jī)運(yùn)行和各項(xiàng)特性進(jìn)行試驗(yàn)和分析，導(dǎo)致用計(jì)算指導(dǎo)實(shí)踐的弊病，一旦計(jì)算與實(shí)踐脫節(jié)出現(xiàn)問題，損失不可估量。由于模型水輪機(jī)具有運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)模小、費(fèi)用小、試驗(yàn)方便的特點(diǎn)，不但可以隨著需要變動(dòng)工況，還能在較短時(shí)間內(nèi)對水輪機(jī)運(yùn)行整體特性進(jìn)行分析。模型水輪機(jī)運(yùn)行參數(shù)通過一定的曲線關(guān)系可指導(dǎo)真機(jī)運(yùn)行和特性研究，利用模型水輪機(jī)運(yùn)行功率和相關(guān)特性研究可在水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組建設(shè)前提前選擇好最佳機(jī)型和運(yùn)行方案，對水輪機(jī)組高效的運(yùn)行提供保證。2 水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)測試2.1 壓力脈動(dòng)測試概述壓力脈動(dòng)是指紊流中一點(diǎn)處壓強(qiáng)隨時(shí)間做隨機(jī)變化的現(xiàn)象，是機(jī)組產(chǎn)生振動(dòng)、噪音的重要原因之一，也是衡量機(jī)組穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。想要提高系統(tǒng)的工作品質(zhì)就應(yīng)對水輪機(jī)組內(nèi)部的壓力脈動(dòng)情況進(jìn)行分析，并且通過改進(jìn)相應(yīng)結(jié)構(gòu)和安裝技術(shù)減少壓力脈動(dòng)對機(jī)組產(chǎn)生的影響，從而使機(jī)組能夠更穩(wěn)定的運(yùn)行。2.2 壓力脈動(dòng)測試的方法傳統(tǒng)的壓力脈動(dòng)測試主要有磁帶記錄儀記錄法、圖形記錄法、數(shù)字記錄法、計(jì)算機(jī)信息采集分析法等。在這些方法中比較常用的是磁帶記錄儀記錄法和計(jì)算機(jī)信息采集分析法。磁帶記錄儀測試法作為傳統(tǒng)方法中的常用手段，雖然能夠?qū)毫鞲衅鱾鬏數(shù)男盘?hào)做到準(zhǔn)確記錄和自行分析，但由于計(jì)算主體仍然是憑借人力，因而受到人為影響的因素比較大，而且這種方法還存在著可重復(fù)性查、準(zhǔn)確度低、速度慢的缺點(diǎn)。而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展開發(fā)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集分析法，通過對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不但可以加大試驗(yàn)測試的自動(dòng)化程度，還能夠提高試驗(yàn)速度和增加試驗(yàn)的準(zhǔn)確性。3 水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)測試的方法科學(xué)合理的選擇水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)測試方法對水輪機(jī)整體研究的開展有著重要的意義和影響，對于相關(guān)科研團(tuán)隊(duì)來說，正確的測試方法還能在一定程度上解決一些存在水輪機(jī)運(yùn)作過程中的問題，對水輪機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)作和相關(guān)測試工作的開展都起著關(guān)鍵性作用。3.1 設(shè)備測量方法通過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集的方法對順輪機(jī)中重要的設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的測量是現(xiàn)階段很多工作團(tuán)隊(duì)都會(huì)用到的方式。因?yàn)樵诰W(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的發(fā)展下，很多行業(yè)領(lǐng)域在發(fā)展過程中都會(huì)將計(jì)算機(jī)技術(shù)合理的應(yīng)用到實(shí)際工作中，以此來提高相關(guān)工作的效率和質(zhì)量。所以在水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)測試中，有效的利用計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集方法，能夠?qū)ζ渲性O(shè)備的測量工作提供便利條件。水輪機(jī)模型中會(huì)涉及到很多的獨(dú)立設(shè)備，如壓力傳感器、信號(hào)放大器或示波器等。這些部件不僅是水輪機(jī)運(yùn)作中的基礎(chǔ)部分，也對水輪機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)作有著重要的作用。當(dāng)相關(guān)工作團(tuán)隊(duì)在對水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)進(jìn)行測試的時(shí)候，會(huì)著重測量穩(wěn)定性較好的壓力傳感器，并對相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行全面的記錄和整理，同時(shí)還會(huì)對相關(guān)構(gòu)件的位置進(jìn)行計(jì)算，從而為水輪機(jī)整體的運(yùn)作效果提供保障。3.2 位置測點(diǎn)水利機(jī)械流道和流場葉片是水輪機(jī)壓力脈動(dòng)中重要的部分，與水輪機(jī)整體的運(yùn)作效果和平穩(wěn)性有著密切的關(guān)系。當(dāng)兩者中的任何一個(gè)出現(xiàn)故障的時(shí)候，都會(huì)對水輪機(jī)的安全運(yùn)行造成影響，因此在近幾年的發(fā)展中，很多科研團(tuán)隊(duì)對這兩部分內(nèi)容給予了高度的關(guān)注。水利機(jī)械流道和流場葉片的測點(diǎn)位置布置工作對相關(guān)測試工作的開展有著重要的意義和影響。通常情況下，壓力測點(diǎn)的位置主要集中在轉(zhuǎn)輪和導(dǎo)葉附近，而部分測點(diǎn)也會(huì)出現(xiàn)在軸管的彎曲部位。所以相關(guān)工作團(tuán)隊(duì)在全面掌握水輪機(jī)整體運(yùn)作情況之后，可以根據(jù)實(shí)際情況增加測點(diǎn)的位置，從而為測點(diǎn)工作的開展提供有利條件。3.3 數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集前首先要明確采樣頻率和時(shí)間。如果采樣頻率過低，采集的波形可能不完整并會(huì)發(fā)生畸變；如較長時(shí)間使用很高的采樣頻率會(huì)導(dǎo)致沒有足夠的內(nèi)存或硬盤，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)慢。關(guān)于采樣時(shí)間問題，雖然說采樣時(shí)間越長所得數(shù)據(jù)越多分析結(jié)果越準(zhǔn)確，但鑒于采樣設(shè)備的硬盤大小和考慮到分析工作的工作量問題，應(yīng)將采樣時(shí)間控制在一個(gè)合適范圍內(nèi)，采用采樣時(shí)間間隔At乘以采樣數(shù)目N等于采樣時(shí)間t的計(jì)算方法來確定采樣時(shí)間的長短，數(shù)據(jù)采集完成后要對信號(hào)做適當(dāng)處理，例如做傅里葉變換。數(shù)據(jù)采集過程中尤其要注意采樣頻率和采樣時(shí)間的確定，這兩個(gè)因素將直接影響水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)分析的準(zhǔn)確性，確定采樣頻率和時(shí)間要根據(jù)真機(jī)運(yùn)行和使用特點(diǎn)對模型機(jī)采樣頻率和時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，使試驗(yàn)結(jié)果能夠正確的指導(dǎo)真機(jī)的設(shè)計(jì)、安裝和運(yùn)行。4 結(jié)束語目前，很多科研團(tuán)隊(duì)都能采用科學(xué)合理的測試手段和方法對水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)進(jìn)行深入的研究，同時(shí)還能將其他一些先進(jìn)的測試技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際的研究中，為相關(guān)研究工作的開展提供便利條件。為了進(jìn)一步提高水輪機(jī)整體的運(yùn)作效果和質(zhì)量，還有部分研究團(tuán)隊(duì)還會(huì)借鑒國外一些科技實(shí)力雄厚國家的水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)測試方法和理念，以此來完善測試過程中存在的問題和不足之處。相信在未來的發(fā)展中，水輪機(jī)整體的運(yùn)作質(zhì)量和效率能夠得到有效的提升，相關(guān)測試技術(shù)與方法也能被廣泛的應(yīng)用到更多設(shè)備的研究中，從而為國家科技實(shí)力的提升奠定良好的基礎(chǔ)，為國家建設(shè)與可持續(xù)發(fā)展提供保障。參考文獻(xiàn)[1]姚丹，盧池.水輪機(jī)模型壓力脈動(dòng)的測試及分析方法[J].中國水能及電氣化，2012（11）：61-63.[2]Houde，田超.轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)葉片壓力脈動(dòng)試驗(yàn)研究——第二部分：過渡過程工況[J].國外大電機(jī)，2014（4）：38-42.[3]劉文杰，秦坤濤，徐用良，等.水泵水輪機(jī)在水輪機(jī)制動(dòng)工況下壓力脈動(dòng)的模型試驗(yàn)研究[J].大電機(jī)技術(shù)，2016（3）：41-45.