抽水蓄能相位共振學(xué)習(xí)

抽水蓄能相位共振是一種水力現(xiàn)象，是動(dòng)靜干涉所產(chǎn)生的壓力波在蝸殼及高壓側(cè)管路中傳播和疊加的結(jié)果。相位共振可能發(fā)生在高水頭機(jī)組，即使其特征頻率不與相關(guān)固定部件發(fā)生共振，其高強(qiáng)度的激振也極有可能引起固定部件后廠房的高強(qiáng)度受迫振動(dòng)。相位共振現(xiàn)象在真機(jī)和模型之間不存在相似，不能通過模型試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)和驗(yàn)證，而一旦出現(xiàn)在真機(jī)運(yùn)行當(dāng)中，其造成的結(jié)果將是嚴(yán)重的。

相位共振，是只從每個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉傳出的壓力脈動(dòng)，徑固定導(dǎo)葉一一蝸殼往上游匯到蝸殼進(jìn)口。如果這20個(gè)導(dǎo)葉的脈動(dòng)傳到蝸殼進(jìn)口位置時(shí)，大家都同時(shí)為最大值，那他們一迭加，就會(huì)很大。相位角要一致。這個(gè)分析難度就在這里，不是簡(jiǎn)單的疊加，要把導(dǎo)葉流道以及蝸殼詳細(xì)建模。傳播還有方向的，不一定是往蝸殼進(jìn)口，也可能往蝸殼末端。

用于評(píng)估相位共振風(fēng)險(xiǎn)的馬赫數(shù)M，M值的意義是壓力波沿著蝸殼內(nèi)傳播的速度與壓力模態(tài)的旋轉(zhuǎn)速度是否重合，一般要求錯(cuò)開25％。動(dòng)靜干涉或相位共振如果設(shè)計(jì)定型了，沒有好的解決辦法，影響參數(shù)導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪葉片以及轉(zhuǎn)速波速等等都很難修改的。尾水管有滿負(fù)荷渦帶，轉(zhuǎn)輪上游有動(dòng)靜干涉引起的很強(qiáng)的周期性壓力脈動(dòng)場(chǎng)，兩者會(huì)互相耦合作用，加劇空腔的劇烈變化。

動(dòng)靜干涉會(huì)導(dǎo)致每一個(gè)導(dǎo)葉流道內(nèi)都產(chǎn)生一個(gè)壓力場(chǎng)的波動(dòng)，這一波動(dòng)會(huì)向上游的蝸殼和管道傳播。因此，對(duì)于上游蝸殼和管道而言，每一個(gè)活動(dòng)導(dǎo)葉流道都相當(dāng)于一個(gè)波源或激振源，這些波源產(chǎn)生壓力波的特征頻率都是轉(zhuǎn)輪葉片通過頻率及其倍頻。而受導(dǎo)葉與轉(zhuǎn)輪發(fā)生的動(dòng)靜干涉的次序不同，這些導(dǎo)葉流道產(chǎn)生的壓力波之間存在一個(gè)相位差。如果轉(zhuǎn)輪葉片數(shù)和導(dǎo)葉數(shù)的選擇不合理，會(huì)導(dǎo)致這些壓力波相位相同而產(chǎn)生幅值的疊加，使得動(dòng)靜干涉產(chǎn)生的水力激振力被極度放大，導(dǎo)致壓力鋼管振動(dòng)、高分貝噪聲、高強(qiáng)度壓力脈動(dòng)、廠房振動(dòng)的嚴(yán)重后果。相位共振可能發(fā)生在高水頭機(jī)組，即使其特征頻率不與相關(guān)固定部件發(fā)生共振，其高強(qiáng)度的激振也極有可能引起固定部件后廠房的高強(qiáng)度受迫振動(dòng)。而且，相位共振現(xiàn)象在真機(jī)和模型之間不存在相似，不能通過模型試驗(yàn)進(jìn)行預(yù)測(cè)和驗(yàn)證，而一旦出現(xiàn)在真機(jī)運(yùn)行當(dāng)中，其造成的結(jié)果將是嚴(yán)重的。因此，必須在設(shè)計(jì)階段對(duì)相位共振進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

如某蓄能機(jī)組在低水頭運(yùn)行時(shí)，隨著流量和出力的增加，由導(dǎo)葉尾流和轉(zhuǎn)輪葉片頭部的壅壓駐流引起的動(dòng)靜干涉（二階模態(tài)）強(qiáng)度逐漸增加！

逐漸增強(qiáng)的二階壓力模態(tài)通過頂蓋導(dǎo)水機(jī)構(gòu)往上游傳播，與結(jié)構(gòu)部件如頂蓋耦合促發(fā)結(jié)構(gòu)共振；傳播至蝸殼內(nèi)形成相位共振，與廠房土建結(jié)構(gòu)耦合促發(fā)廠房共振。通過振動(dòng)及噪聲測(cè)試，發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢(shì)頻率出現(xiàn)在100Hz，所以，對(duì)頻域信號(hào)分析得到的二階分量，即頂蓋下方測(cè)點(diǎn)幅值和蝸殼進(jìn)口測(cè)點(diǎn)的幅值相對(duì)于無葉區(qū)的測(cè)點(diǎn)幅值隨負(fù)荷變化。

同時(shí)，機(jī)組在低水頭運(yùn)行時(shí)，隨著流量和出力的增加，由尾水管肘管激振力ΔpEX誘發(fā)的尾水管渦帶壓力脈動(dòng)（1）通過轉(zhuǎn)輪傳播至無葉區(qū)，與動(dòng)靜干涉引起的壓力模態(tài)耦合加劇了動(dòng)靜干涉；（2）通過頂蓋導(dǎo)水機(jī)構(gòu)往上游傳播，與結(jié)構(gòu)部件如頂蓋耦合加劇了結(jié)構(gòu)共振；（3）傳播至蝸殼內(nèi)加劇了相位共振及廠房土建結(jié)構(gòu)耦合加劇了廠房共振。

抽水蓄能機(jī)組的振動(dòng)與噪聲是復(fù)雜的系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。出現(xiàn)問題時(shí)，其診斷與分析，要從系統(tǒng)全面地角度展開，盡可能做到“有的放矢”和“對(duì)癥下藥”。如某電站是通過對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)水邊設(shè)計(jì)優(yōu)化降低動(dòng)靜干涉強(qiáng)度達(dá)到較好的效果 ，新轉(zhuǎn)輪的葉片進(jìn)水邊回縮設(shè)計(jì)增加無葉區(qū)間隙，明顯降低動(dòng)靜干涉強(qiáng)度。

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