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关于抽水蓄能电站机组相位共振的思考

导读: 相位共振,是只从每个活动导叶传出的压力脉动,径固定导叶一一蜗壳往上游汇到蜗壳进口。

这几天看了一些资料,讲的是水泵水轮机在水轮机工况下的动静干涉,前一部分讲了两种不同的叶片匹配方案(6/16和7/20),两种方案对应的动静干涉节径分别为2和1,从叶轮旋转过程中叶轮上压力的分布状态可以隐约看到节径的存在。资料中的视频中间播放了一段蜗壳流场图,显示的是动静干涉也造成了蜗壳内部压力场的高低压不均和旋转,但是没有说明此时的叶片如何匹配的。对此对抽水蓄能机组的相位共振问题有一些思考,现分享如下:

相位共振,是只从每个活动导叶传出的压力脉动,径固定导叶一一蜗壳往上游汇到蜗壳进口。以9+20组合为例,如果这20个导叶的脉动传到蜗壳进口位置时,大家都同时为最大值,那他们一迭加,就会很大。相位角要一致。这个分析难度就在这里,不是简单的叠加,要把导叶流道以及蜗壳详细建模。传播还有方向的,不一定是往蜗壳进口,也可能往蜗壳末端。

 用于评估相位共振风险的马赫数M,M值的意义是压力波沿着蜗壳内传播的速度与压力模态的旋转速度是否重合,一般要求错开25%。动静干涉或相位共振如果设计定型了,没有好的解决办法,影响参数导叶与转轮叶片以及转速波速等等都很难修改的。尾水管有满负荷涡带,转轮上游有动静干涉引起的很强的周期性压力脉动场,两者会互相耦合作用,加剧空腔的剧烈变化。

关于相位共振问题,我与国内一位非常有想法的高校方老师交流过,他认为:转轮旋转引起的水力激振的层次等级,估计首先是,脉动的特征是否诱导结构设计(转轮、顶盖和底环)发生结构共振,然后往外取决于脉动的特征在蜗壳内传播是否诱发相位共振,估计往后就是厂房结构。动静干涉传播即相位共振的研究还是首推日本的采用对吸尘器的试验研究,因为涉及音速,采用水介质做试验太难了,必须尺寸非常大或转速非常高。方老师切身体会是有一年纪念南京太屠杀听那个警报器,就在我们办公楼的顶层,那个警报器也是通过相位共振原理。

相位共振本质上就是波传播过程中的同相位叠加引起的现象,有些抽水蓄能电站振动声音较大,特别是低水头大负荷更是明显。通常来说解决效果最好的方法就是降低无叶区压力脉动,也就是降低引起相位共振的激振源强度。相位共振的问题一定要在设计阶段进行有效预测和规避,一旦到了真机上,基本只有换转轮一条路。

厂房振动噪声还有种说法是蜗壳的保压值的影响。保压值过高, 混凝土承载能力减弱 ,导致正常运行时蜗壳和混凝土之间还会存在一些间隙   再受到相位共振等的影响,可能振动噪声就偏大。不管哪些说法与观点,相位共振还需要进一步研究。

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