【摘要】：近年來(lái),隨著混流式水輪機(jī)裝機(jī)尺寸與單機(jī)容量逐漸增大,水輪機(jī)的穩(wěn)定性問(wèn)題日益突出。其中尾水管壓力脈動(dòng)是造成機(jī)組運(yùn)行不穩(wěn)定的主要原因之一,它會(huì)誘發(fā)機(jī)械振動(dòng),使轉(zhuǎn)輪葉片產(chǎn)生裂紋,影響機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。為了研究尾水管內(nèi)壓力脈動(dòng)的特性情況,本文從水輪機(jī)尾水管壓力脈動(dòng)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)出發(fā),研究不同水頭段混流式水輪機(jī)在不同相對(duì)流量區(qū)域內(nèi)的尾水管壓力脈動(dòng)特性以及原型機(jī)尾水管壓力脈動(dòng)在不同出力下的脈動(dòng)特性,并對(duì)比分析原模型水輪機(jī)壓力脈動(dòng)變化情況,最后提出一種提取尾水管渦帶特征的新方法,為水輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了一定的參考。主要研究?jī)?nèi)容如下:探究不同流量區(qū)域內(nèi)混流式模型水輪機(jī)尾水管幅值特性和頻域特性變化規(guī)律及形成原因。在較小的相對(duì)流量區(qū)域附近,由于偏離最優(yōu)工況區(qū)較遠(yuǎn),受轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流沖擊、次生水沖擊等的影響,其壓力脈動(dòng)相對(duì)幅值變化范圍較大,其最大幅值大體與渦帶壓力脈動(dòng)最大幅值相當(dāng),并且其頻率成分復(fù)雜,頻帶較寬。在中間相對(duì)流量區(qū)域附近,該流量區(qū)為渦帶工況區(qū),其頻率成分基本上在0.2～0.5倍的轉(zhuǎn)頻附近,同時(shí)發(fā)現(xiàn)在此流量區(qū)域內(nèi)頻率幅值最大的流量區(qū)域大致在0.7～0.8這個(gè)相對(duì)流量區(qū)間附近,其壓力脈動(dòng)相對(duì)幅值的變化整體上先增大后減小。相對(duì)流量區(qū)域0.9～1.1附近,整體上在此區(qū)間內(nèi)相對(duì)壓力脈動(dòng)幅值達(dá)到最小值,此區(qū)間內(nèi),尾水管中的流動(dòng)大致是軸向的,流動(dòng)阻力及離心力都非常小,無(wú)渦帶形成,壓力脈動(dòng)波動(dòng)小,頻譜類似于白噪聲信號(hào)的頻譜。相對(duì)流量區(qū)域1.1～1.3附近,此相對(duì)流量區(qū)間內(nèi)頻率成分也相對(duì)復(fù)雜,有點(diǎn)類似小開(kāi)度區(qū)間,其相對(duì)頻率f1/fn既有渦帶頻率,也有多倍轉(zhuǎn)頻大小的頻率成分,主要與直渦帶的強(qiáng)度有關(guān),直渦帶的頻率幅值較大的話,會(huì)出現(xiàn)一個(gè)顯著的增幅。同時(shí)由于偏離最優(yōu)工況,存在轉(zhuǎn)輪進(jìn)口水流負(fù)沖角的影響,由于其流量區(qū)域較窄且偏離最優(yōu)流量較小,其受到的影響相對(duì)要小,其相對(duì)壓力脈動(dòng)幅值相較小開(kāi)度要小很多。探究了混流式原型機(jī)尾水管壓力脈動(dòng)特性隨出力的變化情況,并對(duì)比分析原模型壓力脈動(dòng)的相似性。最終發(fā)現(xiàn)原型機(jī)尾水管壓力脈動(dòng)特性隨出力的變化規(guī)律與模型試驗(yàn)數(shù)據(jù)所得結(jié)果基本一致,主要差異還是在小開(kāi)度區(qū)間上。對(duì)比分析原模型壓力脈動(dòng),其主頻隨出力變化基本一致,相對(duì)壓力脈動(dòng)幅值在小開(kāi)度區(qū)間、大開(kāi)度區(qū)間存在差異,其他出力下基本一致。提出了一種新的尾水管提取渦帶特征的方法,利用變模態(tài)分解方法和樣本熵算法,對(duì)不同出力下的原型水輪機(jī)尾水管壓力脈動(dòng)信號(hào)進(jìn)行特征提取,并將所得限帶模態(tài)函數(shù)的樣本熵構(gòu)分別計(jì)算其最大值和均值,作為尾水管壓力脈動(dòng)信號(hào)渦帶識(shí)別的特征矢量T。該特征矢量T具有較好的敏感性,能敏銳反映尾水管內(nèi)渦帶變化情況,能有效提取到尾水管中渦帶的信息,具有較好識(shí)別和量化尾水管內(nèi)渦帶狀態(tài)的能力。最后通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)某電站尾水管壓力脈動(dòng)情況分析表明,基于VMD算法和樣本熵的特征提取方法能夠有效識(shí)別尾水管渦帶的狀態(tài),可較好的應(yīng)用于水輪機(jī)的運(yùn)行保障領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)水利水電科學(xué)研究院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TV734.1

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2734176